ARTIGO ORIGINAL
VIEIRA, Cristiano Mendes [1]
VIEIRA, Cristiano Mendes. Lei 18112/15: Em busca da melhor associação entre telhados verdes e reservatórios de águas pluviais. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 06, Ed. 02, Vol. 10, pp. 99-118. Fevereiro de 2021. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/telhados-verdes
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi encontrar a combinação mais eficiente entre os dois tipos de telhados verdes e os dois tipos de reservatórios citados na lei nº18112, sancionada em 12 de janeiro de 2015 na cidade de Recife, ou seja, aquela associação que retém por mais tempo a água da chuva. Para isso foi realizado um criterioso levantamento bibliográfico e documental, afim, de verificar as características dos diferentes tipos de telhados verdes, aplicou-se a NBR 10844/89 para calcular a área de contribuição e a vazão num telhado convencional, assim, foi possível correlacionar a vazão proveniente de um telhado convencional com a vazão em um telhado verde, graças aos coeficientes de escoamento superficial de diferentes tipos de telhados verdes, encontrados na literatura. Vislumbrou-se uma situação com os dois sistemas juntos (telhado verde e reservatório). Com o tempo de retardo de cada telhado verde, e tempo que leva para encher cada reservatório, quando recebe a vazão do telhado verde, foi possível realizar a combinação entre eles, onde se observou que a associação entre o telhado verde intensivo e o reservatório de retardo apresentou o maior tempo de retenção da água da chuva, tornando-se assim o conjunto mais eficiente. Podendo auxiliar no retardo dos picos de vazão, evitando a formação de enchentes, que são frequentes na cidade de Recife em estações chuvosas.
Palavras-Chave: Telhados verdes, reservatórios, escoamento superficial, tempo de retardo, enchentes.
1. INTRODUÇÃO
O que antes poderia ser considerado um ciclo hidrológico perfeito, com as copas das árvores interceptando boa parte da água da chuva, a água que não era interceptada infiltrava lentamente no solo, mantinha-o úmido, saturando-o com o tempo e o excesso infiltrava até às camadas mais profundas do solo.
A água subterrânea era absorvida pelas raízes das árvores, que depois realizavam a evapotranspiração e a outra parte da água ficava armazenada em rochas, raízes e espaços vazios que compõem o solo. Se a precipitação fosse maior que a infiltração nos solos, a água escorria para rios ou lagos próximos.
Mas agora esse ciclo hidrológico está longe de ser considerado perfeito, pois o avanço desenfreado dos grandes centros urbanos “quebrou” estas etapas naturais que garantiam um maior tempo de retenção da água da chuva. Essa “quebra” se deu por causa das grandes áreas que foram impermeabilizadas e a supressão de parte da vegetação, que deram lugar a prédios, calçadas e pavimentações.
Além disso, os centros urbanos foram idealizados acreditando-se que bastava criar uma rede de drenagem urbana eficiente para escoar e afastar as águas da chuva deles, porém ao longo do tempo se notou através das constantes inundações que somente esses sistemas não eram suficientes.
Pensando em minimizar os problemas relacionados a urbanização, alguns países começaram a instalar telhados verdes em suas edificações. Países como Alemanha, França, México, Áustria, Suíça, EUA, Noruega, Hungria, Suécia, Reino Unido, Itália, entre outros, incluindo o Brasil, que vem aplicando sistemas compensatórios ao meio ambiente com o uso de telhados verdes, e também de reservatórios de águas pluviais.
As cidades de Porto Alegre, Canoas, São Paulo, Goiânia, Guarulhos, Salvador, Santos, João Pessoa, Rio de Janeiro, são exemplos de meios urbanos que buscam soluções para minimizar os impactos causados pela ação do homem ao meio ambiente. Algumas delas adotaram leis de compensação ambiental em construções urbanas, outras, normas de incentivos fiscais, outras promovem o uso de telhados verdes por meio de certificações e selos de sustentabilidade.
Porém, há leis que promovem a obrigatoriedade do uso de telhados verdes. Como o que ocorreu na cidade de Recife, quando sancionou em 2015 a Lei 18.112, que obriga a instalação de telhados verdes e reservatórios de águas pluviais, para a aprovação de projetos de acordo com alguns critérios. A lei permite escolher entre dois tipos de telhados verdes (intensivo/extensivo) e dois tipos de reservatórios (retardo/acumulação), para serem implantados, mas não impõe dentre um e outro qual usar.
Então, a justificativa desse trabalho está em saber qual combinação entre eles, resultaria em um sistema conjunto (telhado verde e reservatório de água pluvial) com uma eficiência maior. Esta eficiência é de suma importância, pois está intrinsicamente relacionada com o tempo de retenção da água da chuva.
Portando, quanto maior a eficiência dos sistemas em conjunto, maior o tempo de retenção da água precipitada, isso quer dizer que haverá um retardo na formação do escoamento superficial. Sem esse retardo a água da chuva iria diretamente para os sistemas de coleta das águas da chuva, saturando-os, causando enchentes, o que traz transtornos e propicia um meio fértil de propagação de doenças para a população.
2. OBJETIVO
O objetivo desse trabalho é encontrar qual a combinação mais eficiente entre os sistemas, dois tipos de telhados verdes e os dois tipos de reservatórios, citados na lei nº18112/15.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E CONTEXTUALIZAÇÃO
Segundo o 1º (primeiro) artigo da lei 18112/15 os projetos de edificações habitacionais multifamiliares com mais de 4 (quatro) pavimentos e não habitacionais com mais de 400m² (quatrocentos metros quadrados) de área coberta deverão prever a implantação de telhado verde, que poderá ser extensivo (com substratos finos e suportam plantas de pequeno porte) ou intensivo (com substratos mais espessos e comportam plantas de maior porte) (GOUVEA, 2008), para que o projeto seja aprovado.
Porém, a lei deixa essa escolha, entre os dois tipos, a cargo de quem for construir. Há algumas diferenças entre os dois sistemas, que podem encarecer o projeto e até mesmo influenciar no retardo do escoamento superficial. Os telhados verdes extensivos possuem pouca profundidade de solo, podendo variar de 5 (cinco) a 15 cm (quinze centímetros) (KREBS, 2005; OLIVEIRA, 2009) e os telhados verdes intensivos, possuem uma profundidade de substrato 15 (quinze) a 120 cm (cento e vinte centímetros), (SILVA, 2014).
Além dessa diferença das espessuras no substrato, a vegetação e até mesmo a inclinação podem ser fatores que causam uma variação no coeficiente de escoamento de um telhado verde, (OHNUMA, 2008). Segundo Jobim (2013), a capacidade do telhado verde de armazenar a água da chuva também pode ser influenciada pelas condições climáticas, e principalmente, pelo regime de chuvas, pois uma vez que o solo estiver em sua condição saturada, seu comportamento perante o escoamento superficial será semelhante ao de uma cobertura convencional.
De acordo com Kolb (2003), o coeficiente de escoamento superficial em uma cobertura convencional varia de 0,8 (oito décimos) a 1 (um), ou seja, cerca de 80 (oitenta) a 100% (cem por cento) do volume total precipitado será convertido em escoamento superficial. Tendo em vista que o telhado verde é mais eficiente somente enquanto não saturado. A lei 18112/2015 parece ter previsto isso, pois se encontra em seu 3º (terceiro) artigo a obrigatoriedade da instalação de reservatórios de águas pluviais. E segundo Canholi (2010), a finalidade dos reservatórios é reduzir o pico das enchentes, por meio do amortecimento de parte do volume escoado.
Estes reservatórios poderão ser de retardo ou, de acumulação, tem sua implantação como condição para aprovação de projetos iniciais, em lotes com área superior a 500m² (quinhentos metros quadrados), edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 25% (vinte e cinco por cento) da área total do lote, e a lei também deixa a escolha entre os dois tipos de reservatórios a cargo de quem for construir.
O reservatório de retardo possui o fundo vazado facilitando a recarga do lençol freático, ampliando o tempo de detenção da água da chuva. Essa abertura na parte inferior dos reservatórios também permite que a água acumulada se infiltre no solo entre uma chuva e outra. Já o reservatório de acumulação é destinado ao acumulo de águas pluviais, para reaproveitamento com fins não potáveis.
Segundo Kolb (2003), sistemas conjuntos de telhados verdes e cisternas de captação da água da chuva, poderiam tornar possível o manejo das águas pluviais em uma edificação, aliviando o sistema público de drenagem pluvial. A tendência é pensar que o telhado verde intensivo utilizado em conjunto com o reservatório de retardo seja mais eficaz que o extensivo associado ao reservatório de acumulação pela característica de cada sistema.
4. METODOLOGIA
Este trabalho pretende testar qual combinação, entre os telhados verdes (extensivos/intensivos) e reservatórios de águas pluviais (acúmulo/ retardo) citados na lei 18112/15, trarão maior benefício para a cidade de Recife, ou seja, aquela combinação que reterá por um maior tempo a água da chuva antes que seja liberada nas galerias de águas pluviais da cidade.
Caracteriza-se pela metodologia de Estudo de Caso que, de acordo com Chizzotti (2006, p.137), “[…] significa estender o estudo a diversos casos instrumentais para ampliar a compreensão ou teorização a partir de uma coleção mais ampla de casos conexos”.
O projeto foi realizado considerando sua implantação no município de Recife (figura 1), que é a mais antiga entre as capitais estaduais brasileiras, surgiu como “Ribeira de Mar dos Arrecifes dos Navios” no ano de 1537. O município de Recife está localizado na Região Nordeste do Brasil, latitude: 08º 03′ 14″ sul, longitude: 34º 52′ 52″ oeste, altitude de 4m (quatro metros) e possui uma área de 218,7 km² (duzentos e dezoito inteiros e sete décimos quilômetro quadrado) sendo composta por 94 (noventa e quatro) bairros, cerca de 1 645 727 hab. (um milhão seiscentos e quarenta e cinco mil e setecentos e vinte e sete habitantes) e densidade demográfica de 7 534,17 hab./km² (sete mil quinhentos e trinta e quatro inteiros e dezessete centésimos habitantes por quilômetro quadrado) (IBGE, 2019).
Figura 1: Mapa da região metropolitana do Recife
Foi realizado um criterioso levantamento bibliográfico e documental da literatura científica, a partir da compilação de trabalhos publicados em revistas científicas, livros especializados e em bases de dados na internet (Scielo/ Google acadêmico, etc.), onde se observou em trabalhos com protótipos de telhados verdes como o de ohnuma Jr (2013), Alan Lamberti Jobim (2013) e Palla (2008), os coeficientes de escoamento em diferentes tipos de telhados conforme quadro 1.
Quadro 1: Coeficiente de escoamento superficial para telhado verde
A área de contribuição do telhado convencional horizontal, do tipo laje, conforme figura 2, e segundo a NBR10844/89 deve ter declividade mínima de 0,5%, de modo que garanta o escoamento das águas pluviais, a área para cálculo será igual a 400m², dimensão mínima estipula na lei 18112/15.Sabendo o percentual de vazão que é gerado em um telhado convencional, e através dos coeficientes de escoamento encontrados no levantamento bibliográfico será possível correlacionar os dados, para isso utilizar-se-á a NBR10844/89 afim de, calcular a área de contribuição de um telhado convencional e a vazão de projeto do mesmo.
Figura 2: superfície plana horizontal
A fórmula da área de contribuição segundo NBR10844/89 será conforme a equação 1:
onde:
Ac= área de contribuição (m²);
a= largura (m);
b= comprimento (m).
Com a área de contribuição em mãos, encontramos a vazão de projeto, através do método racional dado pela equação 2:
Onde:
Q = Vazão de projeto (m³/h);
I= intensidade pluviométrica (m/h);
Ac = área de contribuição (m²);
C= coeficiente de escoamento ou deflúvio superficial (runoff).
Encontrada a vazão de projeto e com coeficiente de escoamento superficial de um telhado convencional variando de 0,8 (oito décimos) a 1 (um), ou seja, cerca de 80 (oitenta) a 100% (cem por cento) do volume total precipitado é convertido em escoamento superficial conforme visto na figura 3.
Figura 3: Chuva e escoamento em telhado convencional
Porém, em telhados verdes quanto maior for à espessura do substrato, menor será o coeficiente de escoamento superficial. Sendo a inclinação um fator pouco pertinente neste caso. Adotando um telhado verde com a espessura de substrato menor ou igual a 15 cm (quinze centímetros), (telhado verde extensivo), conforme figura 4, o coeficiente de escoamento será de 0,4 (quatro décimos), ou seja, cerca de 40% (quarenta por cento) do volume total precipitado é convertido em escoamento superficial.
Figura 4: telhado verde extensivo
E em um telhado verde com a espessura de substrato igual ou maior a 15 cm, (telhado verde intensivo), conforme figura 5, o coeficiente de escoamento será de 0,3, ou seja, cerca de 30% do volume total precipitado é convertido em escoamento superficial.
Figura 5: telhado verde intensivo
A lei também prevê que, em lotes com área superior a 500 m² (quinhentos metros quadrados) edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 25% (vinte e cinco por cento) da área total do lote deverão ser executados reservatórios de águas pluviais. Os reservatórios para acumulação ou retardo das águas pluviais poderão ser construídos em até 10% (dez por cento) da área de solo natural, conforme figura 6.
Figura 6: área construída, área total, e área reservatório.
De acordo com a lei o volume dos reservatórios será calculado com base na equação 3:
Onde:
V= volume calculado do reservatório (m³);
K= coeficiente de abatimento;
A= área total do lote (m²);
I= intensidade da chuva de vazão média de cheias na cidade de Recife (0,06 m/h).
Figura 7: reservatório de acumulação
Para os reservatórios de acumulação (figura 7) adota-se: K = 0,15 e I = 0,06 m/h, um extravasor deve ser instalado em cota de modo a permitir verter quando o reservatório atingir sua capacidade máxima, e que o volume escoado seja direcionado para infiltração na área de solo natural remanescente do lote.
Para os reservatórios de retardo (figura 8) adota-se: K = 0,25; I = 0,06 m/h, e o escoamento para o sistema público se dará através de um orifício com vazão de restrição em função do coeficiente de escoamento de pré-urbanização.
Figura 8: Reservatório de retardo
Para saber o tempo de retardo proporcionado pelos telhados verdes foram encontrados na literatura, nomes como Silva (2018) que realizou uma análise de um protótipo de telhado verde como técnica compensatória em drenagem urbana, utilizando um telhado verde intensivo, com aproximadamente 26 cm a altura do substrato. Este ficou mais de 6 (seis) dias sem receber chuva, apresentando baixa umidade no substrato, o que foi favorável para uma maior retenção do escoamento superficial, quando testado o telhado proporcionou um retardo no escoamento de 8 (oito) minutos.
Assim como Fujiwara e Silva (2016), que realizaram a avaliação da tecnologia de telhados verdes em escala piloto e estimativa de retenção de água em edificações prediais em Brasília, encontrando o tempo de retardo de 5 (cinco) minutos para a sua unidade piloto de telhado verde extensivo , com aproximadamente 15cm a altura de seu substrato, e com umidade relativamente baixa (25,85%), ensaio 4 (quatro) conforme quadro 2.
Quadro 2: Tempo experimental referente ao início da drenagem nas unidades piloto de grama, volumes finais e porcentagem de água retira ao final dos ensaios
| Umidade do solo (%) | Início do escoamento (min : seg) | Volume final drenado (L) | Porcentagem de água retida | |
| Ensaio 4 | 25,85 | 05:00 | 69 | 13,7% |
| Ensaio 6 | 22,22 | 04:21 | 55 | 31,2% |
| Média | 62,0 | 22,45% |
Fonte: adaptado de avaliação da tecnologia de telhados verdes em escala piloto e estimativa de retenção de água em edificações prediais em Brasília/df flora lyn de Albuquerque Fujiwara Luana Silva Santos.
Para encontrar o tempo que cada reservatório irá reter a água da chuva, que é o mesmo tempo até atingir sua capacidade máxima, será usada a fórmula da vazão (equação 4), pois está relacionada com o tempo:
Onde:
Q = Vazão proveniente do telhado verde (m³/h);
V= volume calculado do reservatório (m³);
t= tempo (horas).
Para o tempo de retardo total, será feita a combinação entre os referidos sistemas, conforme figura 9.
Figura 9: combinações telhados verdes com reservatórios
Por fim, para descobrir qual combinação retém por um maior tempo a água da chuva será usada a equação 5, assim temos:
Onde:
Tt= tempo total do retardo da água da chuva;
Trr= tempo de retardo do reservatório;
Trt= tempo de retardo do telhado verde.
5. RESULTADOS
5.1 ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO
A área de contribuição calculada segundo a NBR 10844/89, cuja cobertura escolhida foi do tipo laje, com área de 400m², usando a equação 1 (um), temos:
Nesta área de contribuição, usada nos cálculos, foi utilizada a área mínima estipulada pela lei nº18112/15.
5.2 VAZÃO DE CONTRIBUIÇÃO
5.2.1 TELHADO CONVENCIONAL (LAJE)
Considerando o escoamento semelhante ao que ocorre em um telhado convencional, usando a equação 2 (dois), temos:
Essa é a vazão de projeto em um telhado convencional, considerando que cerca de 100% (cem por cento) do volume total precipitado é convertido em escoamento superficial.
5.2.2 TELHADO VERDE EXTENSIVO
Em um telhado verde extensivo cerca de 40% (quarenta por cento) do volume total precipitado é convertido em escoamento superficial. Então, em uma cobertura de 400m² com a instalação do telhado verde extensivo, usando a equação 2 (dois), teremos:
5.2.3 TELHADO VERDE INTENSIVO
Em um telhado verde intensivo cerca de 30% (trinta por cento) do volume total é convertido em escoamento superficial. Então, em uma cobertura de 400m² com a instalação do telhado verde intensivo, utilizando a equação 2 (dois), teremos:
5.3 RESERVATÓRIOS DE ÁGUAS PLUVIAIS
5.3.1 VOLUME DO RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO
Ao considerar a área de um lote igual a 500 m², o volume calculado para um reservatório de acumulação, usando a equação 3 (três), será de:
5.3.2 VOLUME DO RESERVATÓRIO DE RETARDO
Para calcular o volume do reservatório de retardo a lei 18.112/2015 define o coeficiente k igual a 0,25, ao invés de 0,15, aplicando a equação 3 (três), o volume calculado será de:
5.4 TELHADOS VERDES ASSOCIADOS AOS RESERVATÓRIOS DE ÁGUAS PLUVIAIS
5.4.1 TELHADO VERDE EXTENSIVO ASSOCIADO AO RESERVATÓRIO DE RETARDO
Levando em conta que o reservatório de retardo receberá a vazão proveniente do escoamento gerado no telhado verde extensivo, aplicando a equação 4 (quatro), teremos:
Este é o tempo que um reservatório de retardo levará para atingir sua capacidade máxima, isso resulta em aproximadamente 46,875 (quarenta e seis inteiros e oitocentos e setenta e cinco milésimos) minutos, até que a água da chuva seja realmente liberada, podendo chegar até as galerias de águas pluviais da cidade.
E segundo Fujiwara e Silva (2016), um telhado verde extensivo pode retardar em até 5 (cinco) minutos a água da chuva, antes de gerar um escoamento superficial, então o tempo de retardo dos dois sistemas associados, usando a equação 5 (cinco), será:
A associação do telhado verde extensivo com o reservatório de retardo pode reter a água da chuva por aproximadamente 51,875 (cinquenta e um inteiros e oitocentos e setenta e cinco milésimos) minutos a água da chuva.
5.4.2 TELHADO VERDE EXTENSIVO ASSOCIADO AO RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO
O reservatório de acumulação receberá a vazão proveniente do escoamento gerado no telhado verde extensivo, ao aplicar a equação 4 (quatro), temos:
Temos aproximadamente 28,125 (vinte e oito inteiros e cento e vinte e cinco milésimos) minutos, até o reservatório de acumulação atingir sua capacidade máxima, quando a água da chuva é liberada, podendo chegar até as galerias de águas pluviais da cidade, porém com a associação dos sistemas, ao aplicar a equação 5 (cinco), temos:
A associação entre o telhado verde extensivo e o reservatório de acumulação pode reter a água da chuva por aproximadamente 33,125 (trinta e três inteiros cento e vinte e cinco milésimos) minutos.
5.4.3 TELHADO VERDE INTENSIVO ASSOCIADO AO RESERVATÓRIO DE RETARDO
O reservatório de retardo receberá a vazão proveniente do escoamento gerado no telhado verde intensivo, aplicando a equação 4 (quatro), temos:
Este é o tempo que um reservatório de retardo levará para atingir sua capacidade máxima, isso resulta em aproximadamente 62,5 (sessenta e dois inteiros e cinco décimos) minutos, até que a água da chuva seja liberada.
E segundo Silva (2018), um telhado verde intensivo pode retardar em até 8 (oito) minutos a água da chuva, antes de gerar um escoamento superficial com a união dos sistemas, usando a equação 5 (cinco), temos:
A associação entre o telhado verde intensivo e o reservatório de retardo pode reter a água da chuva por aproximadamente 70,5 (setenta inteiros e cinco décimos) minutos.
5.4.4 TELHADO VERDE INTENSIVO ASSOCIADO AO RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO
O reservatório de acumulação receberá a vazão proveniente do escoamento gerado pelo telhado verde intensivo, ao aplicar a equação 4 (quatro), teremos:
Este é o tempo que um reservatório de acumulação levará para atingir sua capacidade máxima, isso resulta em aproximadamente 37,5 (trinta e sete inteiros e cinco décimos) minutos, e aplicando a equação 5 (cinco), temos:
A associação entre o telhado verde intensivo e o reservatório de acumulação pode reter a água da chuva por aproximadamente 45, 5 (quarenta e cinco inteiros e cinco décimos) minutos.
6. CONCLUSÕES
Testada cada combinação possível, afim, de encontrar qual retardaria por maior tempo a água da chuva, chegou-se à conclusão de que o conjunto mais eficiente foi da associação entre o telhado verde intensivo e reservatório de retardo. Esta combinação reteve por aproximadamente 70,5 (setenta inteiros e cinco décimos) minutos a água da chuva, o que dá 1 (uma) hora e 11 (onze) minutos de retardo no escoamento.
Mas a lei não indica, nem mesmo obriga qual tipo de telhado verde instalar, nem qual tipo de reservatório deve ser usado nessa associação, deixando a escolha para o dono do futuro imóvel. Isto pode implicar em uma escolha menos eficiente, direcionada apenas pela questão dos custos em que cada tipo de sistema trará.
Uma vez que, segundo Hewage (2011), apesar dos telhados verdes intensivos serem indicados como melhor alternativa para o controle quantitativo do escoamento pluvial, possuem um custo aproximadamente 4 (quatro) vezes maior, do que o extensivo. O custo pode influenciar na escolha dos tipos de reservatórios também, pois, já que ambos só podem utilizar 10% (dez por cento) do solo natural para sua construção, com isso estima-se que o reservatório de retardo terá um volume maior do que o de acumulação, consequentemente o reservatório de retardo terá um custo maior em relação ao de acumulação, ocasionado pela maior quantidade de materiais utilizados e maior tempo empregado na mão de obra.
Este trabalho mostrou o tipo de associação que trará maior benefício para a cidade de Recife, aquele que retarda a água da chuva por maior tempo, “atrasando” a ocorrência de enchentes que são frequentes na cidade em épocas específicas do ano. Mas como se trata de uma lei relativamente recente há a necessidade de pesquisas futuras, afim, de saber mais sobre os tipos de associações que estão realmente sendo implantadas na cidade, com isso saber quais fatores (benefício/custo) influenciam na escolha dos mesmos.
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[1] Graduado em Engenharia Civil.
Enviado: Dezembro, 2020.
Aprovado: Fevereiro, 2021.
