Coimbra, Portugal, 2012
POTENCIALIDADES DOS REVESTIMENTOS AJARDINADOS EM EDIFÍCIOS: DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA MODULAR 1
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Maria Manso , J. P. Castro-Gomes e Ana Virtudes
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C-MADE - Centre of Materials and Building Technologies Departmento de Engenharia Civil e Arquitectura Universidade da Beira Interior web: http://www.cmade.ubi.pt 1: mcfmm@ubi.pt, 2: jpcg@ubi.pt, 3: virtudes@ubi.pt
Palavras-chave: Coberturas ajardinadas, Fachadas ajardinadas, Sustentabilidade, Sistema modular Resumo. Se é um facto que a estrutura verde permite criar grande diversidade de espaços com funções ecológicas, lúdicas e recreativas e características diferenciadas à escala de cada bairro, a realidade evidencia carências de espaços verdes urbanos e de vizinhança, quer nas áreas centrais quer nas periferias. Consequentemente tem vindo a constituir um objetivo emergente, expandir, qualificar e diversificar a estrutura verde urbana, de modo a atrair residentes e tornar a cidade mais sustentável (em termos ambientais, económicos e socioculturais). A par de aspetos como a promoção da reabilitação urbana em detrimento da expansão, exemplos recentes, colocam as coberturas verdes no centro das medidas urbanísticas propondo, como no caso de Lisboa, que a “intervenção urbana deve privilegiar a eficiência energética dos edifícios, as coberturas verdes, a reciclagem de água, o aumento da área verde permeável à escala global da cidade”. Tais considerações advêm do incremento, verificado nos últimos anos, no universo de soluções de revestimentos ajardinados, que surgem cada vez mais como medidas de integração de princípios de sustentabilidade na construção. Nalgumas cidades concedem-se incentivos à instalação de coberturas ajardinadas, de modo a promover a sustentabilidade. Para além de aumentar a superfície da estrutura verde urbana, a utilização de fachadas e cobertura ajardinadas permite reforçar a sua continuidade à escala da cidade, sem o consumo de solo (um recurso escasso em áreas mais densas e impermeabilizadas). Os sistemas de coberturas e fachadas ajardinadas existentes possuem características muito distintas quanto à sua concepção, montagem e materiais utilizados. Contudo, registam-se ainda alguns problemas relacionados com a instalação destes sistemas. Pretende-se assim, apresentar um projeto de investigação em curso que consiste na concepção de um sistema de peças modulares para execução de superfícies ajardinadas, adaptável a diversas configurações, fácil de montar e transportar, aplicável em edifícios novos ou a reabilitar. Este sistema integra preocupações de sustentabilidade, nomeadamente no que se refere à utilização de materiais não convencionais de ativação alcalina com base no reaproveitamento de resíduos industriais, visando minimizar a energia incorporada e as emissões de CO 2.
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1. INTRODUÇÃO O crescimento e a densificação das cidades têm vindo a deteriorar as suas condições ambientais. Entre outras causas assinalam-se aspectos como: o aumento da superfície impermeabilizada, que se repercute num acréscimo do caudal superficial e respetiva velocidade, provocando inundações; o uso de materiais que promovem a absorção de radiação solar, contribuindo para o “efeito de estufa”; ou a intensificação do uso do automóvel, não alheia à dispersão urbana, agravando os níveis de poluição e a subsequente deterioração da qualidade do ar. Ora, a reinserção de vegetação nas áreas urbanas constitui uma medida de minimização destes problemas, com benefícios ambientais, sociais e económicos quer ao nível dos espaços exteriores, quer do edificado (com ganhos na eficiência energética, conforto e condições de habitabilidade). São inegáveis os benefícios da vegetação nas cidades, pela sua capacidade de absorver CO2 e reter partículas poluentes, contribuindo para a melhoria da qualidade do ar, mitigando o efeito de estufa e diversificando a fauna e a flora. A estrutura verde permite criar uma grande variedade de espaços com funções ecológicas, lúdicas ou recreativas, reduzindo a temperatura ambiental nas cidades [1] [2], diferenciando a escala de cada bairro, em favor da qualidade da imagem urbana e da perceção positiva dos cidadãos (individual e coletiva) sendo ainda, reconhecida pelos seus efeitos terapêuticos. Os espaços verdes são componentes de identidade e de composição das cidades, organizando, definindo e contendo os espaços [3]. Contribuem para a amenidade urbana, evocando valores simbólicos e emoções estéticas de fruição da paisagem natural num contexto humanizado. Em zonas mais densas, a utilização de revestimentos ajardinados em edifícios permite introduzir a vegetação, sem a ocupação de solo [4], disfarçando a imagem negativa de fachadas desqualificadas e dissonantes e melhorando o seu valor estético [5]. Neste contexto, novos desafios emergem no universo dos revestimentos ajardinados. Exigem-se sistemas construtivos aplicáveis quer na construção nova quer na reabilitação urbana, sendo de salientar que a sua sustentabilidade é um domínio do conhecimento ainda por explorar. Este facto, constituiu o principal mote para o desenvolvimento científico de um novo sistema que visa destinguirse dos actuais sistemas de revestimentos ajardinados de edifícios mediante o reaproveitamento de resíduos industriais, visando minimizar a energia incorporada e as emissões de CO2. 2. INCENTIVOS À INSTALAÇÃO DE REVESTIMENTOS AJARDINADOS Constitui um desafio emergente, expandir, qualificar e diversificar a estrutura verde urbana, de modo a fixar os residentes, a atrair os utentes e a tornar a cidade mais sustentável (em termos ambientais, económicos e socioculturais). A par de aspetos como a promoção da reabilitação urbana em detrimento da expansão, surgem medidas urbanísticas incentivadoras da utilização de revestimentos ajardinados. A revisão do Plano Diretor Municipal de Lisboa apela expressamente às ações de intervenção urbana que privilegiem não só a eficiência energética dos edifícios e a reciclagem de água, mas também as coberturas verdes e “o aumento da área verde permeável à escala global da cidade” [6]. Este apelo enquadra-se na tendência recente das políticas urbanísticas de incentivar a utilização de revestimentos ajardinados para alcançar princípios da sustentabilidade na construção. As entidades políticas dos países mais desenvolvidos têm vindo a reconhecer as vantagens e os benefícios da inserção de sistemas de revestimentos ajardinados em edifícios novos e existentes, fomentando entre outras iniciativas, os incentivos à instalação de coberturas ajardinadas, de modo a promover a sustentabilidade urbana. Cidades densamente edificadas da América do Norte como Chicago, Portland, Filadélfia ou Toronto operam políticas de incentivo à instalação de coberturas ajardinadas em edifícios [7] que se difundem pela Europa, como em Copenhaga ou Londres, e pelo Oriente (como o caso de Singapura). O conhecimento dos seus benefícios para o edificado, a informação dos intervenientes acerca da sua correta instalação e manutenção e os incentivos à sua instalação, são medidas fundamentais à proliferação dos sistemas de revestimentos ajardinados em edifícios. 2
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3. SISTEMAS PARA REVESTIMENTOS AJARDINADOS DE EDIFÍCIOS Os actuais sistemas para revestimentos ajardinados de edifícios não se baseiam simplesmente numa superfície de crecimento de vegetação. Estes são compostos por diversos elementos e materiais com finalidades distintas, assentes sobre uma superfície devidamente impermeabilizada, visando garantir uma maior performance e longevidade do sistema. Os sistemas de revestimentos ajardinados de edifícios integram duas áreas bem definidas, os sistemas de coberturas ajardinadas e os sistemas de fachadas ajardinadas. Os sistemas de coberturas ajardinadas podem ser extensivos, intensivos ou semi-intensivos. Cuja composição varia em função da espessura das camadas de substrato, tipo de vegetação, materiais de drenagem e necessidades de irrigação. A tendência actual direcciona-se para o desenvolvimento de sistemas extensivos, de espessura reduzida e com menores necessidades de manutenção, preferencialmente utilizando vegetação adaptada às condições de exposição aos agentes externos e às condições climáticas locais. Entre os sistemas de coberturas ajardinadas distinguem-se os sistemas modulares e os contínuos. No caso dos sistemas contínuos tendencialmente tem vindo a utilizar-se materiais poliméricos, leves e flexíveis, contudo estes possuem limitações de manutenção e substituição das diversas camadas.
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Figuras 1 e 2 – Sistemas de coberturas ajardinadas extensivas. 1. Sistema modular [7]; 2. Tapete pré-enraizado [8]. Os sistemas de fachadas ajardinadas são classificados como fachadas verdes ou paredes vivas (respectivamente “green façades” ou “living walls” na nomenclatura Inglesa). As fachadas verdes consistem na utilização de trepadeiras (perenes ou caducas), enraizadas no pavimento ou inseridas em vasos, que se desenvolvem no sentido ascendente ao longo da superfície a revestir, possuindo um sistema de guias fixo à parede. São soluções económicas e de simples execução, contudo apresentam um crescimento disperso e dificuldades em garantir a continuidade da superfície vegetal. As paredes vivas vieram permitir um rápido revestimento vegetal de superfícies de grandes proporções e a utilização de uma maior variedade de espécies de plantas. Estas incluem os jardins verticais e os sistemas modulares. Os jardins verticais consistem na aplicação de materiais leves como telas geotêxteis, onde são introduzidas individualmente as plantas [9], sendo soluções muito leves mas com elevadas necessidades de irrigação. Os sistemas modulares, consistem na aplicação de módulos, contendo o meio de crescimento e a vegetação, os quais podem ser conectados entre si e fixos à superfície vertical, possuindo vantagens de manutenção e minimização de irrigação.
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Figuras 3,, 4 e 5 – Sistemas de fachadas ajardinadas. 3. Fachada Verde, Golegã (Maio,2006); (Maio,2006) 4. Sistema Modular e 5. Jardim Vertical, Natura Towers Towers, Lisboa (Agosto,2012). Pese embora a configuração e composição destes sistemas seja muito variável, os actuais desenvolvimentos dos sistemas modulares, de coberturas ou fachadas, centram-se se no uso de materiais leves, surgindo algumas soluções de materiais reciclados. reciclados. Alguns sistemas incorporam também preocupações de manutenção, permitindo a substituição sub dos módulos. Frequentemente, as soluções modulares integram materiais e uma configuração que fomentem a retenção e a drenagem do excesso de água. água. Complementarmente alguns sistemas incorporam estratégias de sustentabilidade, mediante a recolha de águas pluviais e a monitorização das condições ambientais do sistema, visando garantir uma maior performance. 4. DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA PARA REVESTIMENTO REVESTIMENTO DE SUPER SUPERFÍCIES AJARDINADAS Este trabalho resulta de um projeto to de investigação em desenvolvimento, de , que integra uma equipa multidisciplinar, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, designado GEOGREEN “Painéis com vegetação natural produzidos com ligantes geopoliméricos de resíduos para aplicação em coberturas e fachadas verdess de edifícios”. A investigação encontra-se a decorrer no C-MADE, Centre of Materials and Building Technologies, Technologies situado no Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura da Universidade da Beira Interior na Covilhã, em parceria com a Escola Agrária do Instituto Politécnico de Castelo Branco. 4.1. Conceção do sistema O conhecimento obtido a partir do estudo de diversos sistemas de revestimentos ajardinados, das suas técnicas construtivas e materiais utilizados foi fundamental para a definição e concepção de um novo sistema modular para revestimento de superfícies ajardinadas. A maioria dos sistemas centra-se se apenas numa solução construtiva, não permitindo a sua utilização simultânea como cobertura e fachada ajardinada. Esta investigação visa desenvolver um sistema de peças modulares pré-fabricadas, pré fabricadas, com vegetação pré-plantada, destinado à criação de superfícies ajardinadas em edifícios novos ou existentes ou em estruturas isoladas, independentes de qualquer estrutura edif edificada. A solução em desenvolvimento no âmbito desta investigação pretende diferenciar-se se dos sistemas convencionais de revestimento de coberturas e fachadas ajardinadas. Este sistema modular visa a criação de uma solução versátil e adaptável a diversos usos, centrando-se centrando se na simplificação do
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processo construtivo, facilidade de manutenção do sistema, uniformização e continuidade continuidade da camada de vegetação, minimização do consumo de água para irrigação e utilização de materiais com base no reaproveitamento de resíduos industriais industriais, que conferem determinadas propriedades térmicas, acústicas e ambientais que os demais sistemas não integram.
Figura 6 – Vista lateral do sistema modular para revestimento de superfícies ajardinadas. ajar A versatilidade do sistema resulta da possibilidade de utilização do mesmo em diversas configurações de superfícies quer sejam horizontais, verticais, inclinadas ou curvas, tendo em conta as particularidades de cada superfície ície e os requisitos associados e a sua adaptabilidade a diversos usos. A simplificação do processo construtivo visa a adaptação do sistema modular a superfícies com diferentes formas, dimensões, inclinações ou acessibilidade. Pretende-se obter um sistema simples e funcional, func de fácil instalação,, que permita criar superfícies ajardinadas de forma rápida e eficaz, e garanta a desmontagem individual de cada módulo para efeitos de manutenção. O sistema baseia-se se no encaixe de peças modulares de forma irregular criando ndo superfícies ajardinadas contínuas em condições de estabilidade. Cada módulo contém reentrâncias para introdução do substrato, situadas a uma distância constante entre si, com diâmetro e profundidade adequados aos tipos de vegetação a instalar, cri criando um plano de revestimento vegetal uniforme ao longo de toda a superfície. Paralelamente à concepção do sistema este proje projeto to integra o estudo de vegetação resistente às condições do clima mesomediterrâneo seco, visando evitar alguns problemas de adaptação adaptaç das espécies e minimizar as necessidades de irrigação. No âmbito do projeto de investigação em desenvolvimento pretende-se explorar as potencialidades de materiais não convencionais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos industriais, previamente estudados, com base na experiência e conhecimento adquiridos em investigações anteriores elaboradas pelo C-MADE, MADE, sobre ligantes geopoliméricos geopoliméricos de resíduos de minas, atendendo às suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e térmicas. Porém, o desenvolvimento de um novo sistema para execução de superfícies superfícies ajardinadas em edifício é um processo iterativo, que resulta do questionar das das soluções desenvolvidas, do estudo dos seus detalhes, vantagens e desvantagens e da constante procura de introdução de melhorias na solução desenvolvida, nomeadamento na configuração do sistema, na escolha dos materiais, na sua montagem, transporte, manutenção, tenção, desmontagem, custo e sustentabilidade. 4.2. Utilização de materiais com base no reaproveitamento de resíduos resíduos industriais O desenvolvimento do sistema centra-se centra no reaproveitamento de materiais de resíduos industriais industriais, visando a minimização da energia incorporada do sistema e a redução das emissões de CO2, promovendo a reciclagem e valorização de resíduos resíduos.
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Cada módulo é composto por uma placa superior em aglomerado negro de cortiça elaborado com desperdício de cortiça e uma placa inferior de um ligante geopolimérico elaborado com lamas residuais de minas. O aglomerado negro de cortiça, que integra a placa superior, é um material vegetal que possui baixa densidade, boas propriedades de isolamento térmico, resistência ao fogo e resistência mecânica suficiente para suportar o substrato saturado e a vegetação. Trata-se de um material existente no mercado, cuja matéria-prima é a falca, extraída dos processos de manutenção e limpeza de sobreiros, que é triturada e submetida a um processo de expansão mediante cozimento com vapor de água, o qual provoca a aglutinação dos grânulos sem qualquer aditivo ou cola [10]. O ligante geopolimérico de lamas residuais de minas, a aplicar na placa inferior, é um material com características de porosidade e permeabilidade que permitem a absorção de água e a libertação da mesma lentamente para o substrato e simultaneamente possui resistência mecânica e química, durabilidade e resistência ao fogo. Os estudos em desenvolvimento no C-MADE visam avaliar as composições de materiais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos de minas que alcancem as melhores propriedades para este sistema. 4.2.1. Aplicação de materiais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos de minas A sustentabilidade dos materiais é um tema que carece de investigação. O contributo do sistema em desenvolvimento, com base na utilização de materiais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos de minas, pode ter uma relevância significativa na identificação de vantagens face aos demais, quer nas suas propriedades e características, quer no seu impacte ambiental. Estudos recentes comprovam um grande desenvolvimento na produção de ligantes alcalinos baseiase na transformação de lamas residuais das minas da Panasqueira, situadas na região da Beira Baixa, consideradas uma das maiores minas de tungsténio do mundo. Estas lamas residuais podem ser utilizadas como matéria-prima da indústria da construção, atendendo à sua composição rica em alumino-silicato, apresentando-se muito promissores do ponto de vista ambiental e económico [11] [12] [13]. Neste contexto estão a ser testadas diversas composições de materiais de ativação alcalina, combinando propriedades como a densidade, porosidade, resistência mecânica, durabilidade e resistência ao fogo. Estas lamas residuais apresentam uma boa reatividade com materiais de ativação alcalina após um processo de calcinação sob determinadas condições de mistura. Alguns resultados preliminares demonstram que estes ligantes de resíduos de minas apresentam uma excelente durabilidade, particularmente quanto à sua resistência ao ataque de ácidos, comportamento a altas temperaturas, resistência ao fogo e ao gelo [14], bem como uma boa performance ambiental em ensaios de lexiviação, revelando-se a ativação alcalina como um processo muito seguro de encapsulamento de metais pesados [12] [15]. Alguns estudos apontam desenvolvimentos interessantes sobre as potencialidades de utilização de materiais não convencionais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos, nomeadamente sobre o comportamento físico, mecânico e térmico de argamassas geopoliméricas para revestimento de paredes [16] e sobre as suas características de absorção e evaporação de água [17], procurando encontrar uma solução alternativa para o arrefecimento evaporativo de edifícios. A geopolimerização é um processo altamente complexo, cujas matérias-primas mais utilizadas são o metacaulino e resíduos industriais, como escórias e cinzas volantes [18]. Contudo, podem utilizar-se outros materiais residuais, como as lamas residuais de minas para a produção de geopolímeros ou ligantes de ativação alcalina [11]. A microestrutura e propriedades mecânicas dos geopolímeros, dependem consideravelmente da composição química das respectivas matérias-primas [19] [20] [21]. Do ponto de vista técnico, os geopolímeros surgem como uma solução alternativa à produção de betão, apesar do custo destes materiais poder ser ainda superior ao dobro de um Cimento Portland Convencional [22]. Contudo, é importante que se desenvolvam soluções alternativas de valor acrescentado, que tornem economicamente viável a transformação de resíduos industriais (como as lamas residuais de minas de tungsténio) em ligantes geopoliméricos.
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Os materiais geopoliméricos podem ser uma importante alternativa do ponto de vista ambiental. Alguns estudos permitiram quantificar o impacte ambiental da produção de geopolímeros com base na utilização de cinzas volantes, escórias de alto forno e metacaulino como percursores [23], os quais demonstram que a produção de soluções de betão geopolimérico tem um impacte ligeiramente inferior no Aquecimento Global do que uma solução standard de Cimento Portland Convencional. No entanto, é importante salientar que, os geopolímeros elaborados a partir de cinzas volantes ou escórias de alto forno requerem menores quantidades de silicato de sódio para o processo de ativação e consequentemente têm um menor impacte ambiental do que os geopolímeros elaborados a partir de metacaulino puro. A utilização de percursores baseados em resíduos que contenham um baixo índice de silicato de sódio na produção de geopolímeros pode ser uma medida para reduzir as emissões de carbono. Pelo que, a redução do consumo de energia no processamento do material mediante a manipulação das tecnologias da produção dos geopolímeros pode ser potencial para a obtenção de valores inferiores de emissão de gases com efeito de estufa comparativamente com os valores obtidos na produção de cimento. 5. CONCLUSÕES
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É importante encontrar novas estratégias que melhorem as condições ambientais dos meios urbanos; A introdução de vegetação no contexto urbano pode proporcionar diversos benefícios e vantagens; A utilização de sistemas de revestimentos ajardinados de edifícios é uma solução de inclusão de vegetação em áreas urbanas densamente edificadas; Entre os diversos sistemas de revestimentos ajardinados para coberturas e fachadas ajardinadas salientam-se algumas das actuais estratégias de sustentabilidade, como: o uso de materiais reciclados ou recicláveis; simplificação dos processos de construção, manutenção e substituição; minimização do consumo de água; e monitorização dos sistemas; O sistema em desenvolvimento pelo projeto GEOGREEN diferencia-se dos sistemas existentes no mercado de revestimentos ajardinados de edifícios, pelas potencialidades da sua configuração e materiais incorporados, mediante a utilização de materiais de ativação alcalina obtidos a partir de resíduos de minas.
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