View
62
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
O lançamento de esgotos em cursos de água e sua infiltração através dos lençóis freáticos é uma das grandes causas de poluição e/ou contaminação da água, o que faz o tratamento desses efluentes ser extremamente importante para a saúde da população, pois assim evitaremos as doenças de veiculação hídrica e vetores de doenças parasitárias. Visando a preservação dos recursos naturais e tendo em vista a utilização de princípios sustentáveis, o tanque de evapotranspiração surge como alternativa para a destinação dos resíduos sólidos seja em áreas urbanas ou rurais.
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
GRUPO 13
Maria Silvia Galvão Vieira
Juscelino de Jesus Pereira Melo
Luís Otávio Tavares
Mariana Paula Umino
Paulo Sergio Cerino da Veiga
ENGENHARIA AMBIENTAL E MATEMÁTICA:
TANQUE DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO
PROFESSORAS:
Adriana Cristiane Ruy
Fabiana Lopes Klein
TUTORES(AS):
Alessandra Teodoro Neves
Cintia Akemi Oi
Fabio Toshiro Taquicava Hanashiro
ITAPETININGA
JUNHO DE 2012
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 3
2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS................................................................................... 4
3. METODOLOGIA ................................................................................................................ 5
3.1. QUADRADO ............................................................................................................... 5
3.2. CAMADA INFERIOR ................................................................................................. 6
3.3. CONTRAPISO ............................................................................................................. 7
3.4. REVESTIMENTO DAS PAREDES COM BLOCOS DE CONCRETO .................... 8
3.4.1. Cálculo da Alvenaria (Blocos de cimento) ........................................................... 8
3.4.2. Cálculo da quantidade de argamassa .................................................................... 9
3.5. IMPERMEABILIZAÇÃO ........................................................................................... 9
3.6. CAMADA DE RACHÃO OU ENTULHO ............................................................... 11
3.7. PNEUS ....................................................................................................................... 11
3.8. CAMADA DE BRITA ............................................................................................... 12
3.9. CAMADA DE AREIA ............................................................................................... 13
3.10. CAMADA DE SOLO ................................................................................................ 13
3.11. PLANTAÇÃO ............................................................................................................ 13
3.12. LISTA DE MATERIAIS............................................................................................ 13
4. RESULTADOS ESPERADOS ......................................................................................... 15
5. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 16
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 17
3
1. INTRODUÇÃO
O lançamento de esgotos em cursos de água e sua infiltração através dos lençóis
freáticos é uma das grandes causas de poluição e/ou contaminação da água, o que faz o
tratamento desses efluentes ser extremamente importante para a saúde da população,
pois assim evitaremos as doenças de veiculação hídrica e vetores de doenças
parasitárias.
Os efluentes domésticos constituem-se em águas de lavagem, excretas, papel
higiênico, restos de comida, sabão, detergentes, entre outros, que são provenientes de
edificações que possuem instalações sanitárias, lavanderias e cozinhas. Tais efluentes
podem ser classificados em dois tipos: águas negras e águas cinzas. Águas negras são
consideradas como os efluentes provenientes do vaso sanitário, as fezes e a urina, que
necessitam de um sistema mais complexo em sua destinação.
Visando a preservação dos recursos naturais e tendo em vista a utilização de
princípios sustentáveis, o tanque de evapotranspiração surge como alternativa para a
destinação dos resíduos sólidos seja em áreas urbanas ou rurais.
O tanque de evapotranspiração é uma tecnologia proposta por permacultores1
para o tratamento das águas negras e consiste em um tanque retangular,
impermeabilizado, preenchido por diversas camadas de substrato e plantado com
espécies vegetais. Nesse sistema, os efluentes oriundos do vaso sanitário passam por
processos de decomposição da matéria orgânica, mineralização e absorção dos
nutrientes pelas plantas, enquanto a água é eliminada por evapotranspiração.
O sistema, dessa forma, é projetado para que o efluente seja inteiramente
absorvido pelas plantas. Assim, o tanque funciona em duas etapas: na parte inferior atua
como um processo de digestão anaeróbia e na intermediária e superior, como um
ambiente propício para o desenvolvimento de espécies vegetais.
O tanque de evapotranspiração comporta uma unidade familiar.
1 Permacultores são os indivíduos adeptos da permacultura, que é um sistema de desenho ambiental
fundado em éticas e princípios que podem ser usados para estabelecer, desenhar, coordenar e melhorar
todos os esforços feitos por indivíduos, lugares e comunidades que trabalham para um futuro sustentável
(RICIARDI, 2008).
4
2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS
O objetivo deste projeto é possibilitar aos alunos do ensino fundamental que
vivenciem e apliquem a matemática na projeção de uma obra, utilizando as quatro
operações, regras de três simples, unidades de medida, cálculos de área e volume.
Aliado a esse aprendizado, buscaremos trazer aos alunos soluções sustentáveis
para o descarte de resíduos sólidos.
Como cediço, a água é um recurso indispensável para o desenvolvimento da
sociedade humana e o tratamento inadequado do esgoto pode desencadear problemas
sanitários, ambientais e sociais. Assim, o tanque de evapotranspiração surge como uma
alternativa sustentável para tratamento das águas negras, seja na zona rural ou urbana.
Iremos, então, projetar a construção de um tanque de evapotranspiração com o
dimensionamento utilizado pela Comunidade Ayodhya, na cidade de Cavalcante/GO
(comunicação pessoal).
5
3. METODOLOGIA
Considerando uma residência com dois moradores, nosso tanque deverá ter 4m²
de área com a profundidade usual de 2 m. Então suas dimensões internas serão de
2 m × 2 m × 2 m (largura × comprimento × profundidade), conforme é utilizado
na Comunidade Ayodhya (comunicação pessoal).
Usaremos o ponto decimal flutuante para representação dos números decimais
ao invés da vírgula, conforme é o padrão do software Microsoft Mathematics® utilizado
para a formatação e cálculo das equações deste trabalho.
Para melhor entendimento do assunto apresentado, dividimos o projeto do
tanque em etapas exibidas em detalhes.
3.1. QUADRADO
Inicialmente deve ser cavado um quadrado no solo, sendo que para
encontrarmos o ângulo de 90° formado entre as laterais do quadrado, deveremos fazer
um triângulo com os lados nas seguintes proporções 3: 4: 5. Podemos utilizar os
múltiplos e submúltiplos destas medidas desde que mantidas as proporções, como por
exemplo: 30: 40: 50, 6: 8: 10 etc.
Considerando que o tanque deverá ter paredes de 17 cm de espessura (14 cm do
bloco + 3 cm de argamassa impermebilizante), podemos calcular as dimensões externas
do tanque, mas primeiramente devemos converter todas as dimensões para uma mesma
unidade de medida, no nosso caso de centímetros para metro.
Sabemos que 1 m = 100 cm, então, utilizando a regra de três temos que:
𝑥 17 cm
1 m 100 cm
Portanto,
𝑥 = 1 × 17
100m
𝑥 = 0.17 m
3
4
5
6
Uma vez demonstrada a conversão de centímetros para metros, passaremos a
realizar as conversões sem mostrar as etapas de cálculo.
Então a medida da lateral externa do nosso tanque será:
2 + 2 × 0.17 = 2.34 m
Levando em conta que o tanque deverá ter contrapiso de 12 cm (0.12 m) de
espessura (5 cm de brita + 7 cm de concreto) a profundidade externa do tanque será de:
2 + 0.12 = 2.12 m
Com estes dados temos as dimensões que deverão ser escavadas no solo para a
construção do nosso tanque.
3.2. CAMADA INFERIOR
A primeira camada do tanque é um lastro de brita de 5 cm.
Para se calcular a quantidade de pedra necessária para cobrir o fundo do tanque,
devemos calcular o volume desta camada: comprimento × largura × altura.
Como sabemos, o comprimento é de 2.34 m, e por se tratar de um quadrado,
largura também é de 2.34 m e conforme definimos, a altura da brita será de
5 cm (0.05 m).
Então o volume a brita será:
2.34 × 2.34 × 0.05 ≅ 0.3 m³
7
3.3. CONTRAPISO
O contrapiso é feito de concreto e consiste numa mistura de cimento. areia, brita
e água. No entanto, para se fazer o concreto devemos dosar os componentes de modo a
obter uma boa resistência da massa. Em linguagem da construção civil dizemos que a
proporção dos componentes desta mistura ou receita chama-se traço.
O traço que iremos utilizar é o seguinte:
1 saco de cimento de 50 Kg
8 ½ latas de areia (0.15 m³)
11 ½ latas de brita (0.20 m³)
A medida da lata adotada é de 18 litros.
A espessura do contrapiso deve ser de 7 cm (0.07 m).
Então, o volume de concreto para o contrapiso será:
2.34 × 2.34 × 0.07 = 0.383292 m³
Considerando que a receita apresentada tem como rendimento a quantia de
0.25 m³, calcularemos a quantidade necessária do traço acima:
0.383292
0.25= 1.533168
Portanto deveremos preparar aproximadamente 1 ½ vezes o traço apresentado
anteriormente. Utilizando os volumes em m³ para facilitar os cálculos posteriores,
necessitaremos:
1.5 sacos de cimento de 50 Kg
0.23 m³ de areia
0.30 m³ de brita
8
3.4. REVESTIMENTO DAS PAREDES COM BLOCOS DE CONCRETO
As dimensões de um bloco de concreto são de 0.14 m (largura) ×
0.19 m (altura) × 0.39 m (comprimento). Deveremos calcular a área do bloco e
posteriormente calcular a quantidade de argamassa de assentamento.
3.4.1. Cálculo da Alvenaria (Blocos de cimento)
a) Cálculo de blocos para 1 m², incluindo as juntas de 1 cm (0.01 m):
altura + junta = 0.19 m + 0.01 m = 0.20 m
comprimento + junta = 0.39 m + 0.01 m = 0.40 m
área do bloco = (altura + junta) × (comprimento + junta)
área do bloco = 0.20 m × 0.40 m = 0.08 m²
b) Dividindo 1 m² pelo número encontrado (área do bloco com a argamassa)
1 m²
0.08 m² = 12.5 blocos/m²
Assim, temos que em uma parede de 1 m² serão assentados 12.5 blocos.
c) Consideraremos o perímetro médio para calcular a quantidade total de blocos
necessários para as paredes do tanque:
perímetro médio = perímetro externo + perímetro interno
2
perímetro médio = 4 × 2.34 + 4 × 2.00
2= m
Como nosso tanque tem 2 m de altura. a área total de paredes será:
área total = 8.68 × 2 = m²
Então multiplicando-se a área total das paredes (17.36 m²) pela quantidade de
blocos necessários por metro quadrado (12.5 blocos). teremos a quantidade total de
blocos que precisamos para a construção do tanque.
9
qtde. blocos = 17.36 × 12.5 = 217 unidades
3.4.2. Cálculo da quantidade de argamassa
a) Primeiramente, vamos calcular o volume de argamassa que será aplicado em
cada bloco:
Consideramos será aplicado 1 cm (0.01 m) de argamassa na face inferior de 0.14 ×
0.39 e a mesma quantidade na face lateral de 0.14 × 0.19 dos blocos de concreto.
Então o volume de argamassa por bloco será:
0.01 × (0.14 × 0.39 + 0.14 × 0.19) = 0.000812 m³
b) Agora vamos determinar o volume de argamassa para assentamento dos 217
blocos calculados anteriormente:
217 × 0.000812 ≅ 0.2 m³
Utilizaremos argamassa de cimento e areia no traço 1: 3.
Para o preparo de 1 m³ de argamassa neste traço, necessitamos de 8,6 sacos de
50 Kg de cimento e 1 m³ de areia. Sendo assim, precisaremos:
1.7 sacos de 50 Kg cimento
0.2 m³ de areia
Importante destacar que nesta fase deverá ser observada a necessidade de se
deixar o vão para a entrada da tubulação do esgoto em uma das paredes.
3.5. IMPERMEABILIZAÇÃO
A impermeabilização tem por objetivo a proteção da obra, a fim de evitar a
infiltração da água por capilaridade ou percolação.
Os produtos da linha Vedacit, em especial os produtos Bianco, Vedacit e Neutrol
devem ser utilizados para a impermeabilização do tanque, devendo ser seguida as
instruções fornecidas pelo fabricante, sempre considerando o volume da construção.
10
No caso em análise, deveremos seguir as instruções recomendadas para a
impermeabilização de reservatórios de água. Iremos calcular o material necessário neste
processo, quais sejam, uma camada de 0.3 cm de chapisco (traço de 1 lata de cimento
para 3 latas de areia, que deverá ser amolentada com uma solução de 1 lata do produto
Bianco para 2 latas desse produto de água).
Após, deverão ser feitas 3 camadas utilizando-se do produto Vedacit, sendo que
cada camada deverá ter a espessura de 1 cm, utilizando-se argamassa de cimento e areia
no traço 1: 3. Para o preparo de 1 m³ de argamassa neste traço, usaremos 8,6 sacos de
50 Kg de cimento e 1 m³ de areia. Colocaremos ainda 2 Kg de Vedacit para cada saco
de cimento.
Calculamos primeiramente o volume de argamassa necessário para as 3 camadas
(consideramos o chapisco como parte da 1ª camada):
2 × (2 + 0.03) × 0.03 × 4 ≅ 0.5 m³
Portanto, utilizaremos nesta etapa:
4.3 sacos de 50 Kg cimento
0.5 m³ de areia
8.6 Kg de Vedacit
1 lata de Bianco
Na sequência, devemos utilizar o Neutrol, que é um produto que forma uma
película impermeável, protegendo o concreto. O rendimento do Neutrol é de 500 ml/m²
(0,5 l/m²) no concreto e deverá ser aplicado 2 demãos.
A quantidade necessária de Neutrol será:
2 × 2 × 0.5 = 2 litros
11
3.6. CAMADA DE RACHÃO OU ENTULHO
Deve-se colocar uma camada de rachão ou entulho após o contrapiso e sua
impermeabilização.
Essa camada deverá ter altura média de 45 cm (0.45 m) e deverá ser calculada
segundo a fórmula para encontrar o volume acima descrito:
2 × 2 × 0.45 = 1.8 m³
Portanto, deveremos utilizar 1.8 m³ de rachão ou entulho.
O entulho deverá ter uma inclinação de 5% em relação ao contrapiso, ou seja:
2 × 5% = 0.1 m (10 cm)
Então podemos começar com 50 cm do lado do tubo de esgoto e terminar com
40 cm do lado oposto, a fim de obtermos os 10 cm de inclinação.
3.7. PNEUS
Deve ser feita uma câmara alinhada com pneus que deverá ser disposta ao fundo
do tanque, onde os dejetos serão lançados.
Para a projeção desses pneus deve-se calcular a largura dos pneus.
Posteriormente, deve-se dividir o comprimento pela metragem dos pneus, para saber
quantos pneus serão necessários. Caso haja sobra, os pneus deverão ser apertados ao
máximo para que preencham toda a câmara.
Um pneu com medida bastante comum é o 185/60R15, que possui largura de
185 mm (0.185 m) e altura aproximada de 600 mm (0.6 m). Desse modo, apenas a
título de exemplificação, uma vez que poderá ser utilizado qualquer tipo de pneu, temos
o seguinte cálculo:
Comprimento do tanque = 2 m
Largura de cada pneu = 0.185 m
Assim, temos:
12
2
0.185 ≅ 10.8
Ou seja, necessitaremos de aproximadamente 11 pneus deste modelo para que
eles fiquem bem juntos.
Em seguida, deve-se posicionar a tubulação do esgoto dentro dessa câmara.
Ao redor da câmara, também deverá ser colocado mais um pouco de rachão, até
cobrirem os pneus.
Para calcularmos o volume de rachão necessário nesta camada, devemos
descontar o cilindro formado pelos pneus. Desta maneira temos:
2 × 2 × 0.6 −𝜋 (0.6)2
4× 2 ≅ 1.8 m³
3.8. CAMADA DE BRITA
Logo acima, deverão ser colocados: 10 cm de brita.
Calculando-se:
2 × 2 × 0.1 = 0.4 m³
Portanto serão necessários 0.4 m³ de brita.
13
3.9. CAMADA DE AREIA
Em cima da brita, deverão ser colocados 10 cm (0.1 m) de areia. Portanto,
podemos considerar o mesmo cálculo anterior. Assim, também serão utilizados 0.4 m³
de areia nesta camada.
3.10. CAMADA DE SOLO
Acima da areia deve fazer o preenchimento com solo. Ao chegar à borda do
tanque, deve-se deixá-lo abaulado para evitar o escoamento em épocas de chuva.
Dispensaremos o cálculo deste volume, pois retornaremos parte do solo removido para
se escavar o tanque.
3.11. PLANTAÇÃO
Na superfície, poderão ser plantadas três mudas de bananeira (Musacavendishii),
taioba (Xanthosoma sagittifolium) e também beri (diversas espécies do gênero Canna).
3.12. LISTA DE MATERIAIS
Montaremos uma tabela para totalizar os materiais utilizados em comum nas
diversas etapas:
14
Etapa Cimento (sacos
de 50 Kg) Brita (m³) Areia (m³)
Rachão ou Entulho (m³)
Camada inferior - 0.3 - -
Contrapiso 1.5 0.3 0.23 -
Paredes 1.7 - 0.20 -
Impermeabilização 4.3 - 0.50 -
Rachão ou entulho - - - 1.8
Pneus - - - 1.8
Brita - 0.4 - -
Areia - - 0.40 -
Total 7.5 1.0 1.33 3.6
Assim, fechamos nossa lista de materiais:
217 blocos de concreto de 14 × 19 × 39
3 galões de Vedacit (10.8 Kg)
1 lata de Bianco
1 galão de Neutrol (3.6 litros)
11 pneus 185/60R15 usados
8 sacos de 50 Kg de cimento Portland CP-I
1 m³ de brita nº 1
1.5 m³ de areia média lavada
4 m³ de pedra rachão ou entulho de obra
15
4. RESULTADOS ESPERADOS
Relacionar o aprendizado da matemática com as questões ambientais e
principalmente o desenvolvimento sustentável, envolvendo os alunos em vivências que
permitam a solução de problemas matemáticos.
Não se desconhece a dificuldade de muitos alunos em aprenderem a matemática
no modelo tradicional de ensino, todavia, através do presente trabalho, buscamos
facilitar esse relacionamento dos alunos em séries iniciais, construindo um processo
dinâmico através do qual o aluno é um dos protagonistas do projeto.
Devem-se lançar desafios aos alunos, neste trabalho apresentamos um modelo de
tanque com dimensões definidas, mas o professor em questão deverá estimular este
aluno alterando as dimensões.
Pode-se, ainda, intensificar esta atividade fazendo com que além dos cálculos
dos materiais necessários, que se faça um orçamento, e que os grupos de alunos
discutam sobre qual construção (em questão de tamanho) é mais viável ou que possui
um melhor custo benefício.
16
5. CONCLUSÃO
O tanque de evapotranspiração é uma técnica barata, de fácil execução, que
possibilita uma atividade a ser desenvolvida com o aluno do ensino fundamental de
forma interessante, compreensível e, acima de tudo, sustentável.
Apontamos como fatores diferenciados neste trabalho a busca por uma nova
forma de pensamento, fazer com que o aluno pense sobre sua responsabilidade para com
o meio ambiente.
Há de se destacar também que, ao realizar este trabalho o aluno terá sua
curiosidade aguçada, e como sabemos quando um aluno se interessa por um assunto,
este busca por maiores informações, aprende e se desenvolve e eleva o nível de sua
turma de estudo. Não seria nenhum absurdo imaginar que alguns destes alunos possam
apresentar novas ideias inovadoras sobre o uso do meio ambiente, afinal sua curiosidade
fora despertada, e ele passa a perceber que soluções simples também surtem efeito.
Concluímos, portanto, que o presente trabalho possibilita não só o aprendizado
do aluno, mas também sua construção como ser humano, ampliando sua concepção da
necessidade de preservação ambiental com técnicas alternativas simples.
17
REFERÊNCIAS
FREISLEBEN, S. R. S. et al. Técnicas de Saneamento Básico e Destino de Efluentes
em Pequenas Unidades Rurais. Disponível em:
<www.agb.org.br/evento/download.php?idTrabalho=1243>. Acesso em: 13 jun. 2012.
GALBIATI, A. F. Tratamento domiciliar de águas negras através de tanque de
evapotranspiração. Campo Grande, MS. 2009. Disponível em:
<https://sistemas.ufms.br/sigpos/portal/trabalhos/download/319/cursoId:33>. Acesso
em: 4 jun. 2012.
PAULO, P. L.; BERNARDES, F. S. Estudo de tanque de evapotranspiração para o
tratamento domiciliar de águas negras. Fundação Universidade Federal de Mato
Grosso do Sul. Disponível em:
<http://sustentavelnapratica.net/arquivos/estudo_fossa_evapotrasnpiracao.pdf >. Acesso
em: 4 jun. 2012.
RICIARDI, J. P. A Permacultura. Coletivo Permacultores, 2008. Disponível em:
<http://permacoletivo.wordpress.com/permacultura/>. Acesso em: 8 jun. 2012.
VEDACIT IMPERMEABILIZANTES. Impermeabilização de estruturas. Manual
Técnico. 6ª Edição.
Recommended