Coberturas verdes e aproveitamento da água da chuva em Portugal

Uma cobertura impermeável devolve quase toda a chuva que recebe. Uma cobertura verde guarda parte dela no substrato e nas camadas inferiores, devolve-a à atmosfera pelas plantas e liberta o resto mais tarde e mais devagar. Para a rede pluvial, isto é uma vantagem. Para quem quer aproveitar a água da chuva numa cisterna, levanta uma questão: quanta água sobra?

Em Portugal, esta questão tem uma resposta própria, porque o clima mediterrânico, com verões secos e chuva concentrada no inverno, muda as contas feitas para o centro e o norte da Europa.

O coeficiente de escoamento

O coeficiente de escoamento é a relação entre a água que sai da cobertura e a chuva que nela cai, num dado período. Numa cobertura impermeável, onde a perda por absorção e evaporação é pequena, o coeficiente é próximo de 1,0. Numa cobertura verde, é muito menor.

Convém distinguir dois usos do coeficiente:

• para dimensionar ralos, caleiras e tubos de queda, o artigo 211.º do Decreto Regulamentar n.º 23/95 manda usar nas coberturas um coeficiente igual a 1, para a chuvada curta e intensa de projeto. Numa cobertura verde, como numa impermeável: com o substrato já molhado, quase toda a água sai;
• para estimar a água aproveitável ao longo do ano, usa-se o coeficiente médio, anual ou mensal. É este que interessa ao aproveitamento de águas pluviais.

Segundo as diretrizes alemãs FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau), citadas no Anexo VI do guia da Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV), os valores médios anuais são 0,4 a 0,6 nas coberturas extensivas e 0,1 a 0,4 nas intensivas. Os dados técnicos da Nophadrain, para uma precipitação anual de 650 a 800 mm, associam os valores mais baixos a substratos mais espessos: com 6 cm de substrato, cerca de 45 % de retenção anual; com 15 a 20 cm, cerca de 60 %.

O que se mediu para Portugal

Os valores da FLL foram obtidos no clima da Europa central. Para avaliar a sua aplicação em Portugal, a Escola Superior de Biotecnologia da Universidade Católica Portuguesa (ESB-UCP), no Porto, estudou o escoamento de coberturas verdes extensivas e encontrou coeficientes muito variáveis ao longo do ano, diferentes dos recomendados pela FLL. Desse trabalho resultou uma expressão para prever o coeficiente de escoamento mensal (C_M) de coberturas extensivas convencionais:

$$C_M=\frac{K·(P_M+R_M)}{{(2T_M-T_{M-1})}^{\mathrm{1,2}}},C_M\le \mathrm{0,50}$$

em que:

C_M

coeficiente de escoamento do mês (adimensional), com o máximo de 0,50 da EN 16941-1

K

constante empírica, 0,016

P_M

precipitação do mês (mm)

R_M

rega no mês (mm)

T_M

temperatura média do ar no mês (°C)

T_M−1

temperatura média do ar no mês anterior (°C)

Quando a fórmula dá um valor superior a 0,50, o guia recomenda adotar 0,50, de acordo com a norma europeia EN 16941-1.

A ANQIP aplicou a fórmula a 12 estações meteorológicas do continente com registos no Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH), de Barcelos a São Brás de Alportel, com os valores médios dos anos hidrológicos de 1980/1981 a 2017/2018. Os coeficientes mensais resultantes variaram entre zero e 0,46, em geral abaixo dos coeficientes anuais propostos na literatura para a Europa central e do norte.

Regulador de caudal de uma cobertura de retenção. De Gebroeders, Eindhoven, Países Baixos. Imagem: Nophadrain.

Os resultados mostram dois padrões:

• nas estações de influência atlântica, no norte, os coeficientes no inverno são mais altos e aproximam-se do comportamento descrito pela FLL;
• nas zonas de clima mediterrânico dominante, os coeficientes são baixos durante quase todo o ano, e no verão a cobertura verde praticamente não escoa.

A fórmula inclui a rega. Uma cobertura regada no verão escoa um pouco mais nesse período, mas essa água não é chuva aproveitada: é água da própria rega.

A fórmula tem limites que os próprios autores declaram. Foi calibrada num único piloto do Porto, e um estudo posterior do mesmo grupo verificou que dá valores ligeiramente inferiores aos medidos noutro ano e que não é adequada ao dimensionamento da drenagem. Serve para estimativas de longo prazo, como a de uma cisterna.

Retenções medidas em Lisboa e no Porto

Há medições diretas em pilotos portugueses:

Local e ensaio	Resultado
Porto, ESB-UCP: piloto extensivo com 10 cm de substrato (70 % de argila expandida e 30 % de matéria orgânica), janeiro de 2017 a janeiro de 2018	Reteve 89,6 % de 1 089 mm de chuva. Coeficientes mensais entre 0 e 0,46; por evento, entre 0,017 e 0,764
Lisboa, Instituto Superior Técnico (IST): oito pilotos extensivos sob chuva artificial de 8,4 a 168,2 mm/h	Retenção por evento de 37 a 100 %, média de cerca de 81 %; atraso do escoamento de 2 a 18 minutos
Lisboa, Instituto Superior de Agronomia (ISA): canteiros com biocrostas e plantas xerófitas sob uma chuvada simulada de cerca de 427 mm/h, com o substrato seco	Coeficientes de escoamento de 0,26 a 0,43

Fontes: Monteiro, Santos & Castro (2023); Santos et al. (2023); Rocha et al. (2021).

Os ensaios de Lisboa mostram que o teor de humidade do substrato no início da chuvada condiciona fortemente a retenção: um substrato já molhado retém muito menos. É por isso que a retenção anual é alta, mas o coeficiente de uma chuvada sobre um substrato saturado pode ser elevado.

O que isto muda numa cisterna

Uma conta simples mostra a ordem de grandeza. Numa cobertura de 1 000 m², cada milímetro de chuva corresponde a 1 000 litros. Com um coeficiente mensal de 0,3, chegam à cisterna cerca de 300 litros por milímetro; com 0,05, cerca de 50.

No clima mediterrânico, a chuva que chega à cisterna concentra-se no outono e no inverno, e a procura de água para rega concentra-se no verão. A água tem de ser guardada durante meses. Por isso, o guia da ANCV conclui que:

• nos climas mediterrânicos, as cisternas devem ser dimensionadas com os coeficientes mensais, tendo em atenção os longos períodos de estiagem;
• os sistemas combinados exigem maiores áreas de captação e maiores volumes de armazenamento do que no centro e norte da Europa;
• o retorno do investimento é mais longo nas regiões onde estas soluções são mais necessárias.

Um estudo da ANQIP com a Universidade de Aveiro quantificou esta diferença pelo tipo de clima de Köppen. Num edifício com 600 m² de cobertura verde e uma procura de água não potável de 360 m³ por ano, o aproveitamento cobriu 54 % da procura, com retorno em cerca de 25 anos, nas estações de clima Csb, de verão fresco, no norte. Nas de clima Csa, de verão quente, no sul e no interior, cobriu 10 %, com retorno em cerca de 135 anos, o que os autores consideram inviável. O coeficiente mensal médio foi de 0,14 no Csb e de 0,05 a 0,06 no Csa. Nos Açores, Ponta Delgada recebe cerca de 1 050 mm por ano, 70 % entre outubro e março, segundo um estudo da Universidade dos Açores; para a Madeira, na literatura científica e técnica consultada, não foram identificados estudos sobre o escoamento de coberturas verdes.

A cobertura verde também reduz a água que chega à cisterna. Uma dissertação do Instituto Superior Técnico simulou, com os ensaios do projeto NativeScapeGR em Lisboa, uma habitação de três pessoas com coberturas de 78,6 a 131,4 m². Para usos não potáveis, a eficiência do aproveitamento foi 3 a 11 pontos percentuais mais baixa com cobertura verde do que com cobertura tradicional, conforme a área e o volume da cisterna. Quando a cisterna serve só para regar a própria cobertura no período seco, a eficiência ficou entre 9 e 25 %. O balanço tem de ser feito caso a caso, com a evapotranspiração das plantas escolhidas.

O mesmo anexo nota que, apesar de custos superiores aos de um sistema simples, os benefícios da combinação são mais amplos, em especial na adaptação às alterações climáticas no meio urbano, e que deve ser uma solução estimulada nas cidades.

A qualidade da água escoada

Os estudos da ESB-UCP concluem que a água escoada de coberturas extensivas serve para usos não potáveis, como autoclismos e rega. Um estudo do ISA, com substratos ricos em matéria orgânica, encontrou nutrientes, como amónio e fosfato, acima dos da água da rede. Convém prever o desvio do primeiro fluxo e o tratamento indicado na ETA 0701 para o uso pretendido.

As especificações da ANQIP

A Associação Nacional para a Qualidade nas Instalações Prediais (ANQIP) publica as especificações técnicas que servem de referência em Portugal:

• ETA 0701: conceção, dimensionamento, construção e manutenção de sistemas de aproveitamento de águas pluviais em edifícios (SAAP), que podem incluir as soluções combinadas com coberturas verdes;
• ETA 0702: certificação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais.

A ETA 0701 admite a rega com águas pluviais, o que fecha o ciclo: a cobertura retém parte da chuva, a cisterna guarda o excedente do inverno e a rega gota a gota devolve-o à cobertura no verão. Sobre a rega, o artigo rega de coberturas verdes no clima mediterrânico explica quanta água pede uma cobertura.

Retenção na própria cobertura

Há uma segunda forma de aproveitar a chuva: guardá-la na cobertura. Nas coberturas de retenção, ou azul-verdes, elementos de retenção sob o substrato armazenam a água de uma chuvada, e um regulador de caudal liberta-a lentamente para a rede. Com os elementos ND WSE-80 da Nophadrain, a cobertura guarda até 72 l/m², e o regulador ND AFC-100 ajusta-se entre 0,09 e 3,08 l/s por saída.

Com tiras e geotêxteis capilares, parte da água guardada volta ao substrato e às plantas, o que reduz a rega. O caudal regulado pode também seguir para uma cisterna. As duas estratégias combinam-se: a cobertura amortece os picos de chuva e alivia a rede, e a cisterna guarda a água para o verão.

Para a rede pluvial, o ganho é imediato. Com as chuvadas intensas cada vez mais frequentes, uma cobertura que guarda e atrasa a água reduz o caudal de ponta que chega às redes municipais.

O que conta no projeto

• Definir o objetivo da água: reduzir o caudal para a rede, aproveitar água para rega, ou ambos. O sistema e o dimensionamento mudam com o objetivo.
• Usar coeficientes mensais no dimensionamento da cisterna, e não um coeficiente anual da Europa central.
• Contar com a rega no balanço: no verão, a cisterna alimenta a rega e quase não recebe água da cobertura.
• Dimensionar a drenagem com coeficiente igual a 1 (artigo 211.º), para a chuvada de projeto, e nunca com o coeficiente médio. O artigo sobre drenagem em coberturas ajardinadas trata desse cálculo.

A calculadora da archiroof estima a água retida e o coeficiente de escoamento mensal com a fórmula portuguesa, para o estudo prévio.

Próximo passo

A combinação de cobertura verde, retenção e cisterna decide-se no início do projeto, com o projetista de águas pluviais. A archiroof dá apoio ao projeto na escolha do sistema e na estimativa da água retida.

Fontes

• Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV). Coberturas Verdes: Guia Técnico para Projeto, Construção e Manutenção, 1.ª ed., 2024, Anexo VI: Aproveitamento de águas pluviais em edifícios com coberturas verdes (A. Silva Afonso e C. Pimentel Rodrigues), pp. 175–179. greenroofs.pt/pt/guia-tecnico
• ANQIP. ETA 0701: Sistemas de aproveitamento de águas pluviais em edifícios (SAAP); ETA 0702: Certificação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais. anqip.pt
• Monteiro, C., Calheiros, C., Pimentel-Rodrigues, C., Silva-Afonso, A., Castro, P. (2016). Contributions to the design of rainwater harvesting systems in buildings with green roofs in a Mediterranean climate. Water Science and Technology, 73(8), 1842–1847. doi.org/10.2166/wst.2016.034
• Monteiro, C. M., Santos, C., Castro, P. M. L. (2023). Extensive green roofs: different time approaches to runoff coefficient determination. Water, 15(10), 1852. doi.org/10.3390/w15101852
• Monteiro, C. M., Calheiros, C. S. C., Palha, P., Castro, P. M. L. (2017). Growing substrates for aromatic plant species in green roofs and water runoff quality: pilot experiments in a Mediterranean climate. Water Science and Technology, 76(5), 1081–1089. doi.org/10.2166/wst.2017.276
• Santos, M. L., Silva, C. M., Ferreira, F., Matos, J. S. (2023). Hydrological analysis of green roofs performance under a Mediterranean climate: a case study in Lisbon, Portugal. Sustainability, 15(2), 1064. doi.org/10.3390/su15021064
• Rocha, B., Paço, T. A., Luz, A., et al. (2021). Are biocrusts and xerophytic vegetation a viable green roof typology in a Mediterranean climate? Water, 13(1), 94. doi.org/10.3390/w13010094
• Frazão, P. G. G. (2018). Avaliação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais em edifícios com cobertura verde. Dissertação de mestrado em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa. fenix.tecnico.ulisboa.pt
• Pimentel-Rodrigues, C., Silva-Afonso, A. (2023). The feasibility of rainwater harvesting systems in buildings with green roofs: a case study based on the Köppen climate classification. Sustainability, 15(24), 16859. doi.org/10.3390/su152416859
• Quadros, S., Porteiro, J., Silva, L., Barros, M. J. (2024). Potential contribution of green rooftops to rainwater management in urban areas in São Miguel Island, Azores. In Urban Green Spaces, IntechOpen. doi.org/10.5772/intechopen.113869
• Pimentel-Rodrigues, C., Silva-Afonso, A. (2019). Contributions of water-related building installations to urban strategies for mitigation and adaptation face to climate change. Applied Sciences, 9, 3575. doi.org/10.3390/app9173575
• Nophadrain. Green Roof System Brochure: coeficientes de escoamento e retenção anual por espessura de substrato. Dados técnicos dos sistemas de retenção de água e do regulador ND AFC-100.
• EN 16941-1: Sistemas de água não potável no local. Parte 1: Sistemas de utilização de águas pluviais.