Avaliação comparativa de sistemas de cobertura em laje de concreto impermeabilizada e de laje de concreto com telhado verde, utilizando simulação computacional do desempenho térmico em dois protótipos em alvenaria - blocos cerâmicos e blocos de concreto.

1. 1
Desempenho térmico de cobertura verde para ambientes
construídos em blocos cerâmicos e de concreto: estudo de caso em
Belo Horizonte, Brasil
GONÇALVES, Fabíola Lodi A.1,a
; CARVALHO, Maria Cristina R.2,b
e
GUTIERREZ, Grace Cristina R.3,c
1
Mestre, Departamento de Engenharia Civil, Grupo de Pesquisa ARCOS, Cefet MG, Belo
Horizonte, Minas Gerais, Brasil
2
Prof. Dra., Departamento de EngenhariaCivil, Grupo de Pesquisa ARCOS, Cefet MG, Belo
Horizonte, Minas Gerais, Brasil
3
Prof. MSc. Departamento de Tecnologia, Escola de Arquitetura UFMG, Belo Horizonte, Minas
Gerais, Brasil
a
fabiolalodi@gmail.com, b
cristina.carvalho@civil.cefetmg.br, c
gracegutierrez.arq@gmail.com
Palavras-chave: desempenho térmico, conforto ambiental, telhado verde.
Resumo. O objetivo desta pesquisa é a avaliação comparativa de sistemas de cobertura em laje de
concreto impermeabilizada e de laje de concreto com telhado verde, a partir da simulação do desempenho
térmico de dois protótipos em alvenaria, sendo um em blocos cerâmicos e outro em blocos de concreto.
As dimensões dos protótipos foram calculadas a partir das dimensões mínimas para ambientes de
permanência prolongada, definidas pelo Código de Obras da Cidade de Belo Horizonte, atualizado pelo
Decreto Nº13. 482 de 11/01/2010 [1]. O estudo examinou o comportamento térmico do ambiente interno
considerando os ganhos de calor através dos tipos de cobertura analisados. Inicialmente, procedeu-se à
análise comparativa de comportamento térmico da laje de concreto a partir da variação da espessura do
componente e da cor da superfície exposta aos ganhos solares. Posteriormente, foi realizada a análise
comparativa de comportamento térmico entre laje de concreto e o telhado verde. Os resultados indicaram
significativa contribuição da cobertura em laje de concreto para os ganhos de calor no ambiente interno
enquanto o telhado verde atuou como elemento amortecedor, sob as mesmas condições. Nesta
investigação não foram considerados os efeitos da ventilação interna e ocupação dos ambientes.
Introdução
Questões relacionadas à eficiência energética e desempenho térmico são temas frequentemente abordados
em diversos setores da sociedade do século XXI. A redução dos recursos energéticos somadas às
questões relacionadas ao meio ambiente e ao uso racional de energia demandam soluções para diminuição
e reversão dos problemas decorrentes do progresso tecnológico iniciado pela Revolução Industrial no
século XIX. Esta consciência ambiental assume características globais na medida em que envolve
diferentes setores de produção, utilização e descarte de bens e produtos. Atualmente a preocupação com
desempenho e eficiência não se restringe a grandes setores como, por exemplo, transportes e produção de
energia, fazendo com que estes parâmetros estejam presentes no dia-a-dia de todos, seja através da
escolha de um sistema de condicionamento de ar mais eficiente e de menor consumo, seja na escolha de
um veiculo menos poluente e de menor consumo de combustível. Neste contexto, a indústria da
construção civil, responsável pela geração de grande volume de resíduos e consumo energético, também
precisa buscar soluções, através da renovação ou desenvolvimento de novas técnicas construtivas, da
utilização de materiais alternativos ou pela melhoria de desempenho dos materiais atualmente utilizados [2].
Pesquisas experimentais

2. 2
Pesquisas relacionadas ao estudo da variação de temperatura interna dos ambientes têm sido conduzidas
por pesquisadores, brasileiros e estrangeiros, com o intuito de desenvolver parâmetros para a melhoria da
qualidade do ambiente interno construído.
Em trabalhos cujo objeto de estudo é um modelo real, seja uma edificação existente ou unidade
experimental, os dados são coletados in loco a partir de sensores de temperatura instalados nos mesmos.
Posteriormente estes dados são tratados através de gráficos relacionando a temperatura, interna ou
externa, e outras grandezas, tais como horário da medição, época do ano, umidade relativa do ar, altura
de instalação do sensor, dentre outros [3].
Em pesquisas realizadas pelo Grupo de Pesquisa Arcos do CEFET-MG, o comportamento térmico do
ambiente construído foi analisado a partir de protótipos reais construídos com alvenaria em blocos
cerâmicos e de concreto e com cobertura em laje de concreto impermeabilizada. Foram construídas duas
unidades experimentais em município na região metropolitana de Belo Horizonte, MG, Brasil. Verificou-se,
experimentalmente, que a cobertura, quando comparada às alvenarias de vedação, foi responsável por
aproximadamente 75% dos ganhos de calor no ambiente interno [4,5].
O objetivo desta pesquisa foi verificar o desempenho térmico da cobertura verde através da análise
comparativa de desempenho de protótipos simulados em alvenaria de vedação de blocos cerâmicos e de
concreto com cobertura em laje de concreto e telhado verde extensivo.
Para a análise de desempenho térmico foram modelados, utilizando-se o software Design Builder, dois
protótipos em alvenaria de blocos cerâmicos e de concreto com as mesmas dimensões dos protótipos
reais, sendo as dimensões internas de 2,4 x 3,45 m, pé direito de 2,6 m, de acordo com o Código de
Obras da Cidade de Belo Horizonte [1]. Os sistemas de cobertura foram em laje de concreto
impermeabilizada e em laje de concreto com telhado verde. As figuras 1 e 2, a seguir, apresentam o
modelo virtual em alvenaria de blocos cerâmicos e cobertura em telhado verde (Fig.1) e a planta baixa,
comum a todos os protótipos (Fig.2).

3. 3
Figura 1 – Modelo virtual em alvenaria de blocos cerâmicos e telhado verde.

4. 4
Figura 2 – Planta baixa dos modelos virtuais.
Período da amostra e análise comparativa entre os dados coletados e simulados
No período de coleta de dados, as condições de clima e de céu não se mantiveram as mesmas durante as
semanas de coleta de dados. As duas primeiras semanas foram mais quentes e chuvosas, com grandes
períodos de maior nebulosidade. Durante a 3ª e 4ª semanas não houve ocorrência de chuvas e o céu
permaneceu mais limpo. A partir da 5ª semana, embora não houvesse chuvas, as temperaturas externas
reduziram significativamente [4,5].
Após o tratamento dos dados brutos e a eliminação dos dados inconsistentes, o período total de análise foi
reduzido de 56 dias de coleta de dados para 05 (cinco) dias de amostragem com dados brutos confiáveis.
Foram definidos 03 períodos de análise de desempenho térmico dos protótipos simulados, assim
subdivididos:
 Período de Amostra: medições realizadas entre os dias 10 e 15 de abril de 2012
 Verão: de 1º de dezembrode 2011a 28 de fevereirode 2012,
 Inverno: de 1º de junho a 31 de agostode 2012,
Também foi determinado o dia médio, cujas características refletem o comportamento médio das variáveis
climáticas ao longo de cada um dos períodos analisados. Para as simulações de desempenho no inverno e
verão foram utilizados os dados climáticos registrados pela estação meteorológica INMET A521 para o
ano de 2012 [6]. Para o período da amostra foram utilizados os dados coletados in loco.

5. 5
Modelagem computacional dos protótipos virtuais
Inicialmente, foram realizadas simulações utilizando-se protótipos modelados em alvenaria em blocos
cerâmicos e de concreto com cobertura em laje de concreto, espessura de 8 cm, cor preta. A partir deste
modelo, procedeu-se à simulação de desempenho térmico da cobertura com a variação da espessura do
componente e da cor da superfície exposta ao ganho solar.
A primeira hipótese de simulação foi realizada trocando-se a cor da laje de cobertura, de preta para
branca, e mantendo-se a espessura de 8 cm. Para a segunda hipótese de simulação foi realizado um
acréscimo de 50% na espessura original da laje, passando de 8 cm para 12 cm, sendo mantida a cor preta
original. Posteriormente aterou-se a cor da superfície exposta ao ganho solar, de preta para branca, para a
laje com espessura de 12 cm.
A última etapa de análises comparativas compreendeu as simulações dos ambientes utilizando-se a
cobertura verde sobre a laje impermeabilizada. O sistema de cobertura verde adotado nesta pesquisa é do
tipo leve extensivo, composto por uma camada drenante em seixos, com espessura de 10 cm, substrato
em terra vegetal adubada e não argilosa, com espessura de 10 cm e cobertura vegetal em placas de grama
esmeralda (Zozia Japonica), com espessura de 05 cm.
Para a análise dos resultados de desempenho térmico da cobertura procedeu-se à verificação do
comportamento térmico da cobertura a partir da alteraçãos de suas características construtivas. O
fluxograma a seguir (Fig.3) apresenta as modalidades de variação da cobertura analisadas.
Figura 3 – Características construtivas dos sistemas de cobertura
Características Climáticas da Região Metropolitana de Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil
A região estudada está classificada dentro da Zona Bioclimática 3 [7], apresentando umidade relativa do
ar média de 65% e média anual de chuvas de, aproximadamente, 1500 mm, sendo mais frequente entre os
meses de outubro a março. Os invernos são normalmente amenos e secos, enquanto os verões são
quentes e chuvosos.

6. 6
A Tabela 1 apresenta os dados de temperatura, umidade relativa e precipitação média para a região
Metropolitana de Belo Horizonte.
Tabela 1 - Dados climáticos para a cidade de Belo Horizonte – MG [6]
Mês Td –[ºC] td –[ºC] Ts- [ºC] ts- [ºC] Ur-[%] Prec – [mm³]
Março 27,7 18,4 30,2 16,0 76 165
Junho 24,3 13,2 27,2 8,8 72 10
Setembro 27,2 15,7 31,1 12,3 63 38
Dezembro 26,5 18,1 31,0 15,5 80 354
Legenda:
Td — média das temp. máx.diárias td — média das temp. mín. diárias
Ts — média das temp. máx. anuais ts — média das temp mín. anuais
Ur – umidade relativa Prec – precipitação pluviométrica
Resultados
Cobertura em laje de concreto– variação da cor da superfície exposta aos ganhos solares
A Figura 4 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com espessura de 8 cm e superfícies
expostas ao ganho solar nas cores preta e branca, para o período de 10 a 15/04/2012.
Figura 4 – Trocas térmicas pela cobertura em laje de concreto, espessura de 8 cm, preta e branca, 10 a
15/04/12

7. 7
Verificou-se, pela análise dos dados da Figura 4, que a alteração da cor da superfície exposta ao ganho
solar, de preta para branca, reduziu significativamente as trocas térmicas pela cobertura durante o período
da noite e madrugada. Este fato se deve à redução da absortância à radiação solar, cujos valores são 0,9
para a cor preta e 0,2 para a cor branca [8]. A pouca espessura do componente, 8 cm, não se mostrou
suficiente para amortecer os ganhos de calor durante o dia. Este fato explica os valores muito próximos
para os ganhos térmicos entre as lajes analisadas, para o período entre 12:00 e 15:00 h. Para esta
tipologia construtiva, a alteração da cor da superfície exposta em pouco alterou o desempenho térmico do
componente, indicando forte influência da espessura da laje nos ganhos de calor provenientes da
cobertura.
A Figura 5 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com espessura de 12 cm e superfícies
expostas ao ganho solar nas cores preto e branco, para o período de 10 a 15/04/2012.
Figura 5 – Trocas Térmicas pela cobertura em laje de concreto, espessura de 12 cm, cores preta e
branca, 10 a 15/04/12.
Pode-se verificar, pela análise dos dados da Figura 5, que, para a laje de concreto com espessura de 12
cm, a alteração na cor da superfície exposta, de preta para branca, e a consequente redução da
absortância à radiação solar através do componente da cobertura, reduziram significativamente as perdas
térmicas pela componente durante o período da madrugada, e, consequentemente, a influência da
cobertura nas perdas térmicas do ambiente interno.
Cobertura em laje de concreto– variação da espessura do componente
A Figura 6 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com superfície exposta ao ganho solar na
cor branca e espessuras de 8 e 12 cm, para o período de 10 a 15/04/2012.

8. 8
Figura 6 – Trocas Térmicas pela cobertura em laje de concreto cor branca, espessuras de 8 cm e de 12
cm, 10 a 15/04/12
Analisando-se os dados da Figura 6, verificou-se que o comportamento térmico da laje com espessura de
8 cm apresentou maiores variações entre perdas e ganhos de calor ao longo do dia. O acréscimo em 50%
na espessura da laje de cobertura, de 8 para 12 cm, reduziu entre 50% e 75% os ganhos de calor através
deste componente nos horários entre 14:00 e 16:00 h e as perdas entre 02:00 e 07:00 h. Verifica-se,
ainda, que o ambiente com espessura de laje de 12 cm ganhou menos calor nos horários mais quentes e
perdeu menos calor nos horários de temperatura externa mais fria, mantndo a temperatura interna mais
estável.
A alteração da cor da laje de preta para branca reduziu os ganhos e perdas térmicas através do
componente ao longo do dia, reduzindo a influência da cobertura nos ganhos de calor no ambiente interno.
Análise comparativa de desempenho térmico entre o telhado verde e as coberturas em laje de
concreto espessura de 12 cm, cor branca e espessura de 8 cm, cor preta
Neste subitem são apresentados os resultados comparativos de desempenho térmico das coberturas em
laje de concreto com espessura de 8 cm cor preta, sistema usado nos protótipos reais, laje de concreto
com espessura de 12 cm cor branca, cobertura de referência determinada a partir dos dados simulados, e
o telhado verde para o dia médio da amostra (10 a 15 de abril de 2012). A Figua 7 apresenta os ganhos
térmicos para os sistemas de coberturas analisados.

9. 9
Figura 7 – Trocas Térmicas da cobertura em laje de concreto espessura de 8 cm, cor preta, espessura de
12 cm, cor branca e telhado verde, 10 a 15/04/12
Analisando-se os dados da Figura 7 verificou-se que, durante o dia, a laje de concreto,
independentemente da sua espessura ou cor, contribui para o ganho de calor enquanto o telhado verde
atua como elemento que contribui para a perda de calor no ambiente interno. No período da noite e da
madrugada, verificou-se uma semelhança no comportamento da laje de concreto com espessura de 12 cm,
cor branca e do telhado verde. Em ambas as situações, ocorreram trocas térmicas menores em função do
amortecimento e do atraso térmico. Em relação à laje de concreto com espessura de 8 cm, cor preta,
verificou-se que este componente foi o responsável pelas maiores trocas térmicas ao longo do dia,
contribuindo de maneira significativa para as variações de temperatura interna do ambiente.
Conclusões
Os resultados confirmaram a hipótese de que o maior ganho de calor no ambiente interno foi proveniente
da cobertura, sendo este percentual, aproximadamente, 75% maior em relação à contribuição das demais
envoltórias dos protótipos simulados.
Em relação à cobertura, verificou-se que a laje de concreto impermeabilizada, com espessura de 8 cm,
sem outro sistema de cobertura, embora atenda aos requisitos estruturais previstos pela NBR 6118 [9],
não conseguiu atender satisfatoriamente aos critérios de desempenho térmico, previstos pelas normas
NBR 15.220 [7] e NBR 15.575 [10]. A cor preta da superfície exposta ao ganho solar, por sua elevada
absortância à radiação, apresentou grande influência no aumento dos ganhos térmicos do ambiente interno.
O incremento na espessura da laje original permitiu uma pequena melhoria de desempenho térmico da
cobertura a partir do aumento da resistência e do aumento da inércia térmica, reduzindo o ganho de calor
pelo componente durante o período de maior incidência da radiação solar. Nesta configuração, embora
tenha havido uma pequena redução no ganho de calor devido à maior espessura da laje, a cor preta não
favoreceu a melhora de desempenho dentro dos parâmetros esperados. A alteração da cor da superfície
exposta ao ganho de calor por radiação, de preta para branca, somada ao incremento de 50% na

10. 10
espessura da laje original foi fator determinante para a melhoria do comportamento térmico dos materiais
da envoltória.
A cobertura verde analisada atuou como elemento amortecedor dos ganhos térmicos, mantendo as
temperaturas internas mais homogêneas durante todo o ano. Os resultados das simulações com o telhado
verde mostram que a amplitude térmica interna dos ambientes ao longo do ano permaneceu em torno de
9,5 ºC para ambientes em alvenaria de blocos cerâmicos e 9,4 ºC para os ambientes em alvenaria de
blocos de concreto. Desta maneira, pode-se concluir que, para edificações térreas situadas na faixa
intertropical, a escolha do sistema de cobertura apresenta maior influência no desempenho térmico do
ambiente interno quando comparado ao material utilizado para a alvenaria de vedação.
Referências
[1]BELO HORIZONTE. Decreto nº 13.842 de 11 de janeiro de 2010. Regulamenta a Lei n° 9.725/09 -
Código de Edificações do Município de Belo Horizonte. Belo Horizonte. 2010.
[2]CUNHA, E. G. Elementos de Arquitetura de Climatização Natural. Porto Alegre: Masquatro
Editora, 2006.
[3]ROSSETI, K. A. C. Estudo do Desempenho de Coberturas Verdes como Estratégia Passiva de
Condicionamento. Cuiabá: Dissertação - Universidade do Federal Mato Grosso, 2009.
[4]GUIMARÃES, R. P. ; CARVALHO, M. C. R. ; SANTOS, F. A. ; RODRIGUES, C. S. . The
influence of ceiling height in thermal comfort of buildings: a case study in Belo Horizonte,
Brazil. International Journal for Housing Science and Its Applications, , v. 37. ISSN: 01466518
[5]GUIMARÃES, R. P. O efeito da variação do pé-direito e da variação de materiais de vedação no
comportamento térmico do ambiente construído. Belo Horizonte: Dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais., 2012.
[6]MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, P. E. A. Estações e dados. Instituto Nacional de Meteorologia -
INMET, 2012. Informação obtida em: http://www.inmet.gov.br, em 05/2012.
[7]ABNT. NBR 15.220 - Desempenho térmico de edificações. Associação Brasileira de Normas
Técnicas. Rio de Janeiro. 2005.
[8]FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, 2003.
[9]ABNT. NBR 6.118 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimentos. Associação Brasileira de
Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2007.
[10]ABNT. NBR 15.575 - Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos - Desempenho -Parte IV
- métodos de medição do desempenho térmico dos componentes pelo princípio da placa quente
protegida. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2008.