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AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA PARA COBERTURAS E FACHADAS AJARDINADAS: APLICAÇÃO NA REABILITAÇÃO DE EDIFÍCIOS

M. MANSO J. P. CASTRO-GOMES

Arquiteta Prof. Catedrático Doutoranda de Engenharia Civil Dept. de Engenharia Civil e Arquitetura

Universidade da Beira Interior Universidade da Beira Interior Covilhã; Portugal Covilhã; Portugal [email protected] [email protected] RESUMO O edificado construído português nem sempre se adequa às atuais exigências de conforto ambiental dos espaços interiores, pelo que se torna vital encontrar soluções de reabilitação da envolvente edificada adequadas às necessidades e à realidade construtiva portuguesa. As coberturas e fachadas ajardinadas constituem elementos de valorização e diferenciação da imagem do edificado, marcada pela presença de vegetação, cujas características podem contribuir para o isolamento térmico e acústico da envolvente edificada. Pretende-se assim, apresentar a conceção de um sistema de peças modulares para execução de superfícies ajardinadas aplicável em edifícios novos ou a reabilitar, adaptável a diversas configurações, fácil de montar e transportar. Como resultado dos estudos efetuados, destaca-se a diferenciação deste sistema quanto à utilização de eco-materiais e contributo para a melhoria térmica e acústica do edificado. 1. INTRODUÇÃO Entre 1970 e 2001 verificou-se um crescimento assinalável do parque edificado português, sendo que o número de alojamentos familiares clássicos duplicou neste período [1]. Contudo, nos últimos anos tem vindo a observar-se um forte abrandamento no sector da construção, podendo mesmo dizer-se que o País encontra-se num momento de estagnação do mercado de imobiliário. Os Censos 2011 indicam que na última década se detetou um excedente de 735 mil fogos [2], o que evidencia um forte desequilíbrio entre o número de fogos e as necessidades da população. Simultaneamente, é importante referir que com o passar dos anos o parque edificado português tem vindo a degradar-se. De facto, Portugal permanece como um dos países da Europa que menos investe na reabilitação de edifícios. Em 2011 verificou-se que 26,1% do investimento no sector da construção resultou da reabilitação de edifícios, situando-se abaixo da média europeia de 34,9% [3]. Torna-se assim fundamental encontrar novas estratégias de intervenção e reabilitação, adequadas às características construtivas do edificado existente. A presença de fatores diferenciadores na reabilitação de imóveis ou na envolvente urbana pode contribuir para a dinamização do mercado imobiliário [4]. As coberturas e fachadas ajardinadas constituem elementos de valorização e diferenciação da imagem do edificado, marcada pela presença de vegetação.

M. Manso e J. P. Castro-Gomes, Avaliação de um sistema para coberturas e fachadas ajardinadas: Aplicação na reabilitação de edifícios

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A inserção de superfícies ajardinadas de dimensão considerável no contexto urbano contribui para a melhoria das suas condições ambientais [5, 6]. É de salientar como a presença de espaços ajardinados em contexto urbano é reconhecida pelo seu efeito terapêutico e de valorização do imobiliário [7]. Os revestimentos ajardinados, como as coberturas ou fachadas ajardinadas, contribuem para a criação de espaços verdes sem a ocupação de solo [8], constituindo uma amenidade local [9]. De facto, os atuais sistemas de revestimentos ajardinados não são meras superfícies cobertas com vegetação. Pese embora sejam frequentemente usados em edifícios com um propósito estético, estudos recentes têm vindo a demonstrar que existem diversos benefícios associados à aplicação de coberturas e fachadas ajardinadas em edifícios, nomeadamente no que se refere à proteção da envolvente edificada dos agentes externos (vento, chuva, radiação solar, entre outros) [10, 11] e contributo para a melhoria das condições de conforto térmico [12, 13, 14] e acústico [15, 16] dos espaços interiores. Os revestimentos ajardinados podem contribuir para melhorar o desempenho e durabilidade dos edifícios e, desta forma fazer parte de uma estratégia sustentável de reabilitação urbana [17]. 2. POTENCIALIDADES DE APLICAÇÃO NA REABILITAÇÃO DE EDIFÍCIOS O tecido urbano das cidades portuguesas resulta frequentemente do evoluir de ações sobre o edificado ou da necessidade de implantação de novas infraestruturas, surgindo frequentemente incoerência no conjunto edificado e descontinuidade do mesmo com a envolvente [4]. As coberturas ajardinadas podem transmitir bem-estar às pessoas, podendo constituir novos espaços exteriores de lazer, quer sejam de cariz privado (ver Figura 1) ou público (ver Figura 2), podendo ser aplicadas em terraços, coberturas planas ou coberturas inclinadas (ver Figuras 1 a 3).

Figuras 1, 2 e 3: Coberturas ajardinadas em espaços privados, semi-privados ou públicos: 1. Torre Verde, Lisboa [18];

2. Arquivo Nacional Dinamarquês, Copenhaga (Setembro, 2012); 3. 8 House, Copenhaga (Setembro, 2012).

As fachadas ajardinadas podem constituir um meio de enquadramento e melhoria da imagem dos espaços urbanos (ver Figura 4), podendo ser utilizadas como elementos de reabilitação urbana que fomentam a fruição e a vivência do espaço público. Simultaneamente, as fachadas ajardinadas podem ser aplicadas em edifícios no sentido de ocultar empenas cegas ou deterioradas (ver Figura 5), alinhar fachadas face à via pública, regularizar as cérceas de uma frente urbana ou fortalecer a vivência de espaços exteriores desaproveitados (ver Figura 6), como pátios, terraços ou logradouros [8].

Figuras 4, 5 e 6: Fachadas ajardinadas aplicadas na reabilitação urbana. 4. Ponte Max Juvenal, Aix-en-Provence, França

[19]; 5. CaixaForum, Madrid, Espanha, Junho, 2011; 6. Square Vinet, Bordéus, França [20].

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3. CONCEÇÃO DO SISTEMA O sistema GEOGREEN consiste num sistema de peças modulares com estrutura de suporte independente, destinado à criação de superfícies verdes contínuas. Este sistema foi projetado para ser mais versátil que os sistemas existentes de coberturas e paredes verdes, podendo ser utilizado, tanto para a criação de superfícies ajardinadas horizontais, como para superfícies verticais, considerando as particularidades de cada superfície. Podendo adequar-se a superfícies com diferentes formas, tamanhos inclinações ou acessibilidades [21]. O sistema foi concebido para simplificar os processos de instalação e de manutenção, possibilitando a inserção e substituição de cada módulo individualmente, durante o normal funcionamento do edifício. Dada a sua configuração e polivalência, este sistema permite criar superfícies ajardinadas em edifícios novos ou existentes, facilitando a sua integração na reabilitação de edifícios [22]. Cada módulo GEOGREEN (ver Figura 7) inclui nove aberturas circulares para inserção do substrato e das plantas. As aberturas estão alinhadas na direção principal e desencontradas na direção perpendicular a esta para garantir uma melhor distribuição de cargas ao longo de cada módulo.

Figura 7: Módulo individual do sistema GEOGREEN

O processo de aplicação (ver Figura 8) baseia-se na colocação dos módulos paralelos entre si na mesma linha e desencontrados entre si em colunas distintas, de modo a que os elementos permaneçam acoplados em conjunto. Em superfícies verticais ou inclinadas, cada módulo pode ser fixo a uma estrutura de suporte inserida nos espaços intersticiais e sustentada por peças de fecho e tampas de fixação. Esta solução permite a continuidade do sistema e um reforço da sua estabilidade na posição vertical.

Figura 8: Modelo tridimensional de fixação vertical do sistema modular GEOGREEN.


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O sistema modular GEOGREEN é concebido como uma solução de design passivo [21] que associa as vantagens de integração de vegetação adaptada ao clima local aos benefícios térmicos, acústicos e ambientais dos materiais que o compõem. 3.1 Materiais O sistema modular GEOGREEN combina a aplicação de materiais reciclados locais com vegetação endémica. Esta solução baseia-se na produção de módulos pré-fabricados incorporando vegetação pré-plantada. Um dos estudos desenvolvidos consistiu na seleção de espécies autóctones ou endémicas de plantas com baixas necessidades de irrigação e reduzida manutenção [23]. No desenvolvimento do sistema estabeleceu-se como um dos objetivos principais a seleção de materiais que minimizem o seu impacte ambiental. Para tal, optou-se pela utilização de eco-materiais, resultantes do aproveitamento de resíduos e subprodutos industriais. Pretende-se assim que a produção destes módulos garanta o mínimo de energia incorporada e consequentemente minimize as emissões de gases responsáveis pelo “efeito de estufa”. Cada módulo do sistema é composto por uma placa base de geopolímero e uma placa superior de aglomerado negro de cortiça expandida com aberturas circulares para inserção do substrato e instalação da vegetação (ver Figura 9).

Figuras 9 e 10: Protótipos do módulo individual GEOGREEN.

O geopolímero foi desenvolvido a partir de uma mistura de resíduos industriais, combinando propriedades de absorção e retenção de água, baixa densidade e boa resistência mecânica. A inclusão de um material geopolimérico poroso visa garantir a retenção de água no sistema e a sua lenta libertação de água para o substrato. O aglomerado negro de cortiça expandida (ICB) é um material natural e sustentável, de baixa densidade [24] e com resistência mecânica adequada para suportar vegetação incorporada. Este possui propriedades de isolamento acústico e térmico, evitando o sobreaquecimento dos espaços interiores no verão e reduzindo as perdas de calor através da envolvente no inverno. 3.2 Ensaios em clima real No contexto do trabalho de investigação foram efetuados estudos em clima real numa câmara exterior especialmente desenvolvida para o efeito. Os ensaios desenvolvidos basearam-se na análise comparativa de duas superfícies verticais de igual dimensão e exposição solar (orientadas a sul). Uma, identificada como superfície de referência (ref), revestida com uma placa base em painel compósito constituído por uma mistura de partículas de madeira e cimento, devidamente impermeabilizado (situada à direita nas Figuras 11 e 12). E outra, contendo uma placa base idêntica, mas revestida com peças modulares GEOGREEN (G) (situada à direita nas Figuras 11 e 12). Estes estudos visaram a determinação das condições meteorológicas locais e variações na temperatura superficial (Ts) e fluxo de calor (ϕs) na superfície interior de ambas as paredes em distintos períodos do ano. Os resultados apresentados resultam da seleção de três períodos de análise de 5 dias consecutivos, de setembro a dezembro de 2013 [25].


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Estes ensaios foram realizados na Covilhã. É de salientar o interesse na realização deste ensaio neste local atendendo às condições do clima mediterrâneo seco, contendo períodos quentes e secos no Verão e períodos com temperaturas negativas no Inverno. Esta análise pode ser de particular interesse para validar a sua utilização tanto em Portugal, como em outros países com condições climáticas semelhantes. Com base nos dados obtidos através da estação meteorológica instalada no local verificou-se que no decorrer dos períodos analisados a temperatura ambiente exterior variou de -1.2ºC a 29.1ºC, a amplitude térmica diária oscilou entre 6.1ºC e 15.8ºC, a humidade relativa ambiente variou entre 23 e 54% e a radiação solar global manteve-se entre 92.6 W/m2 e 256.8 W/m2. Numa primeira fase este estudo baseou-se na análise comparativa entre a superfície de referência e a superfície revestida com as peças modulares GEOGREEN vazias (Período 1), conforme apresentado na Figura 11. Numa segunda fase, a análise estabeleceu-se entre a superfície de referência e a superfície revestida com peças modulares GEOGREEN com as aberturas preenchidas com substrato e vegetação (Período 2), conforme apresentado na Figura 12. Ambos os períodos de teste 1 e 2 foram realizados no verão, contendo condições de temperatura ambiente exterior e radiação solar semelhantes. Numa fase posterior analisaram-se ambas as superfícies com condições idênticas ao Período 2 mas sob condições climáticas de final de outono, contendo temperaturas exteriores e níveis de radiação solar inferiores aos anteriores períodos (Período 3).

Figuras 11 e 12: Ensaios em clima real do sistema GEOGREEN com e sem vegetação (UBI, Covilhã, Portugal)

Gráfico1: Temperatura e fluxo de calor máximos e mínimos medidos no interior da superfície de referência (ref) e da

superfície revestida com peças Geogreen (G), sob diversas condições.


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Da análise comparativa entre superfícies durante o Período 1 verifica-se que os módulos GEOGREEN proporcionam uma proteção térmica adicional à variação de temperatura na estação de arrefecimento, permitindo aumentar até 1.8ºC a temperatura mínima e reduzir até 3ºC a temperatura máxima na superfície interior da parede. O efeito de atenuação da temperatura superficial interior é favorecido no Período 2 com a introdução de substrato e vegetação proporcionando um aumento da temperatura mínima até 2.9ºC e uma redução da temperatura máxima até 7ºC na superfície interior da parede. No Período 3, durante a estação de aquecimento, a proteção térmica que as peças GEOGREEN introduzem torna-se ainda mais evidente, ao reduzirem a amplitude térmica da superfície interior de 15ºC (valor médio na superfície de referência) para 3.7ºC (valor médio na superfície GEOGREEN). Neste período é também notório como as temperaturas superficiais interiores da parede revestida com peças GEOGREEN se aproximam das temperaturas de conforto, situando-se entre 16.6ºC e 21.1ºC, apesar das baixas temperaturas do ambiente exterior e radiação solar global reduzida. Por outro lado a aplicação das peças GEOGREEN ajuda a mitigar a transferência de calor através da parede, levando à redução dos ganhos térmicos por condução na estação de arrefecimento e à redução das perdas térmicas por condução na estação de aquecimento. Dos resultados obtidos verifica-se que o fluxo de calor máximo que entra através da parede é diminuído, comparativamente à superfície de referência, em 37% no Período 1, com a aplicação das peças GEOGREEN e em 75% no Período 2, com a aplicação das peças GEOGREEN com substrato e plantas. Na estação de aquecimento o efeito do sistema em estudo também se revela positivo, proporcionando uma redução em 60% do fluxo de calor máximo que se perde através da parede durante o Período 3. 3.3 Ensaios acústicos No sentido de melhor compreender as potencialidades acústicas do sistema GEOGREEN, foram realizados ensaios numa câmara de reverberação com vista à determinação do coeficiente de absorção sonora destes elementos sob diversas condições. Numa primeira análise o estudo baseou-se na avaliação das peças modulares GEOGREEN vazias (S1) (ver Figura 13). Numa segunda análise introduziu-se o substrato nas aberturas de cada peça modular (S2). Posteriormente, efetuou-se uma análise acústica introduzindo diversas espécies de Sedum com 7 a 8 cm de altura nas aberturas de cada peça modular (S3) (ver Figura 14). Numa fase final, optou-se de substituir 10% da vegetação por plantas Sedum com cerca de 30 cm de altura (S4), no sentido de verificar qual o seu impacte nas propriedades acústicas da superfície. Estes resultados foram comparados com uma superfície de lã mineral (S5), um material convencional de isolamento acústico, a qual serviu como elemento de referência.

Tabela 1: Resultados dos testes de absorção sonora Amostra Designação αw Classe

S1 Peças modulares GEOGREEN vazias 0.4 (H) D

S2 Peças modulares com substrato 0.55 (M H) D

S3 Peças modulares com substrato e plantas com ≈7-8 cm 0.75 (H) C

S4 Peças modulares com substrato e plantas 10% com ≈30 cm 0.8 B

S5 Lã mineral (isolamento acústico de referência) 1.0 A Os resultados indicam que o sistema possui boas propriedades acústicas, quer pelos materiais que compõem cada peça modular quer pela introdução de substrato e vegetação selecionada. Dos estudos efetuados verifica-se que as peças modulares possuem boas propriedades de absorção acústica, atendendo a que as amostras S1 e S2 alcançaram a classe de absorção D, a amostra S3 insere-se na classe C e a amostra S4 atinge a classe B. Com base nos resultados obtidos verifica-se que a melhor solução é a S4 com um coeficiente de absorção acústica de 0.8.


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Figuras 13 e 14: Ensaios acústicos do sistema GEOGREEN com e sem vegetação

(Silesian University of Technology, Gliwice, Polónia) 4.CONCLUSÕES A reabilitação de edifícios em Portugal ainda tem um longo percurso a percorrer. No entanto, torna-se vital recorrer a estratégias que marquem a diferença nos imóveis e no contexto urbano em que se inserem. É neste contexto que se considera a aplicação de sistemas de coberturas e fachadas ajardinadas em edifícios, cuja aplicabilidade melhora o seu valor estético do edificado e contribui para a revitalização de áreas urbanas descaracterizadas. O sistema GEOGREEN evidencia-se não só por apresentar características inovadoras na sua conceção e aplicação, introduzindo novas potencialidades estéticas mas também porque visa complementar térmica e acusticamente a envolvente edificada. Considera-se portanto que este sistema se revela interessante para a reabilitação de edifícios, na medida em que visa simplificar a sua aplicação e manutenção e possui características que permitem a sua adaptabilidade a diversos usos. O sistema em estudo contribui, simultaneamente, para: melhorar as condições de conforto dos espaços interiores, ao reduzir a amplitude térmica da superfície interior das paredes; reduzir o fluxo de calor entre o interior e o exterior; e contribuir para melhorar a absorção acústica da envolvente dos edifícios. 5. AGRADECIMENTOS Agradece-se a colaboração da equipa do Projeto de Investigação e Desenvolvimento GEOGREEN, nomeadamente da Prof.ª Dr.ª Ana Virtudes e do Prof.. Pedro Dinho. Agradece-se também a colaboração da Silesian University of Technology em Gliwice na Polónia quanto à realização dos estudos acústicos, nomeadamente o apoio do Dr. Michał Marchacz, do Prof. Marcin Górski e da Prof.ª Barbara Klemczak. Este trabalho foi financiado parcialmente pela Fundação Portuguesa para a Ciência e Tecnologia, FCT no âmbito do Projeto de Investigação e Desenvolvimento GEOGREEN - “Waste Geopolymeric binder-based natural vegetated panels for green roofs and facades”, PTDC/ECM/113922/2009, FCT (http://geogreencmade.wordpress.com). O aglomerado negro de cortiça expandida foi fornecido pela ISOCOR/SOFALCA (http://www.isocor.pt). O desenvolvimento deste trabalho foi também financiado pela bolsa de investigação científica SFRH/BD/98422/2013, atribuída pela Fundação Portuguesa para a Ciência e Tecnologia, FCT e financiada pelo programa POPH/ESF.


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6. REFERÊNCIAS [1] Instituto Nacional de Estatística “Censos 2001, XIV Recenseamento geral da população, IV “Recenseamento

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[7] Ichihara, K. e Cohen, J. P. “The New York City property values: what is the impact of green roofs on rental pricing?”, Springer, 2011, nº4, pp. 21-30.

[8] Virtudes A, Manso M. “Green façades: as a feature in urban design”, ICEUBI 2011, International Conference on Engineering, Covilhã, Portugal, 2011.

[9] Cañero, R. F. “Techos verdes: Estudio de actitudes y preferencias de la población en Sevilla (España) y en Antalya (Turquia)”, V Jornadas Ibéricas de Horticultura Ornamental, Faro, 2011. pp. 14 - 35.

[10] Köhler, M. “Green facades - a view back and some vision”, Urban Ecosystems, 2008, nº11, pp. 423 - 436. [11] Luckett, K. “Green roof construction and maintenance.” Mc Graw Hill, United States of America, 2009. [12] Cheng, C., Cheung, K. K. e Chu, L. “Thermal performance of a vegetated cladding system on facade walls”,

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juvenal-aix-en-provence (acedido a 22.02.2012). [21] Manso M. et al, Patente PT106022A,”Conjunto acoplável de peças modulares para execução de superfícies

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