XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ. Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais

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1 XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais Reaproveitamento e Reutilização de Águas Pluviais Juliane Carla Bernardi Professora do Curso de Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto julicbernardi@yahoo.com.br Tiago Dias da Silva R.A: Universidade de Ribeirão Preto tiago819402@gmail.com Thiago Xavier de Melo R.A: Universidade de Ribeirão Preto thiagoxavier2008@gmail.com Rafael da Silva Costa R.A: Universidade de Ribeirão Preto rafaelcosta819416@gmail.com Rafael da Silva Souza R.A: Universidade de Ribeirão Preto rafaelside@gmail.com Este simpósio tem o apoio da Fundação Fernando Eduardo Lee Resumo: Água pode ser definida como um bem comunitário que possui grande valor e que é pouco valorizado, não se sabe quanto tempo esse bem durará por isso deve ser preservado cada vez mais a fim de que as próximas gerações tenham garantia de poder utilizá-la; cabe a todos a preocupação e a constante busca por soluções inovadoras para o seu aproveitamento e garantia de mantimento. Já existem grandes soluções para esse aproveitamento e uma delas é o reaproveitamento e a reutilização de águas pluviais, objeto de estudo deste documento. Nele pretende-se elaborar, documentar e espalhar uma ideia para tanto o reaproveitamento como a reutilização, e através deste aspecto foi 1

2 elaborada a adaptação de um sistema existente e não apenas isso, mas também sua aplicação em um local que por vezes se torna invisível para aqueles que transitam por ele. Pensa-se não apenas na questão: reaproveitar e reutilizar as águas pluviais que caem na residência e no seu território interno (ou seja, até os limites físicos da residência), mas há uma preocupação autoral com o entorno da residência suspirando até a aplicação em larga escala. Espera-se desta solução à diminuição do índice de água das ruas (caso de enchentes e alagamentos), também a captação interna à residência bem como a reutilização desta água diminuindo os impactos ambientais relacionados ao uso irracional de água (desperdício). Palavras-chave: Água; Solução; Captação. Summary Water can be defined as a community good that has great value and is little valued, it is not known how long this good will last and therefore must be preserved more and more in order that the next generations have a guarantee of being able to use it; it is up to all the concern and the constant search for innovative solutions for their use and guarantee of maintenance. There are already great solutions for this use and one of them is the reuse and reuse of rainwater, object of study of this document. It is intended to elaborate, document and spread an idea for both reuse and reuse, and through this aspect the adaptation of an existing system has been elaborated and not only this but also its application in a place that sometimes becomes invisible to those who transit through it. It is not only a question of reusing and reusing rainwater falling into the residence and its internal territory (ie up to the physical limits of the residence), but there is an authorial concern with the surroundings of the residence sighing until the application in Large scale. This solution is expected to reduce the water content of the streets (floods and floods), as well as internal water collection and the reuse of this water, reducing the environmental impacts related to the irrational use of water (waste). Key-words: Water; Solution; Captation. Seção 1 - Curso de Engenharia Civil - Meio Ambiente. Apresentação: Oral 1. Introdução A água potável é um dos bens mais precioso que temos, e apesar de ser tão valiosa é um recurso finito em que apenas cerca de 2,5% é doce. Sua localização muitas vezes é de difícil acesso o que acaba dificultando sua utilização. Segundo levantamentos feitos pela ONU (2008), apenas 0,007% da água doce é encontrada em rios, lagos e na atmosfera. 2

3 O risco de escassez de água devido a má utilização é alto pois o seu uso está diretamente ligado com a população, portanto, quanto mais pessoas utilizarem desse recurso maior será o consumo de água e isso pode acabar resultando em falta ou até mesmo na extinção desse bem em áreas onde já se tem falta dele. Com todas essas informações é preciso que a sociedade busque formas de reaproveitar ao máximo este recurso natural. Entre várias soluções já encontradas, é objeto deste trabalho o reaproveitamento e a reutilização de águas pluviais. 2. Objetivo Este projeto tem por objetivo apresentar uma solução para o reaproveitamento e reuso de águas pluviais que são captadas através de um sistema integrado de drenagem. Além disso, objetiva-se também a diminuição das enchentes por meio do mesmo sistema OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Eliminação de água precipitada in loco; b) Minimização das patologias ocasionadas por precipitação de água; c) Escoamento das águas superficiais; d) Captação, condução e armazenamento de águas pluviais; e) Reaproveitamento e reutilização de águas pluviais; 3. Justificativa O emprego desta solução em residências, principalmente àquelas que sofrem com problemas de enchentes, será bastante vantajoso pois em grande proporção esta solução reduzirá o volume de fluído precipitado nas ruas colocando-o nas próprias residências, para reaproveitamento e reutilização, diminuindo o nível de água causadora de enchentes e trazendo economia para a população em matéria de utilização de água de concessionária. 4. Referencial Teórico 4.1. SISTEMA DE DRENAGEM DE ÁGUA DE CAMPO DE FUTEBOL Grande parte dos campos de futebol brasileiros e estrangeiros utilizam um tipo comum de sistema para captar e direcionar à água de chuvas para fora do campo. Neste sistema mais usado têm-se a possibilidade de usar a gravidade para o escoamento da água ou sistema pressurizado, à vácuo para acelerar a drenagem, com a utilização de bombas hidráulicas. Este sistema de captação e direcionamento de água é constituído de tubos perfurados, subcamadas drenantes e layouts (que podem ser de diferentes formas, sendo mais comum o layout espinha de peixe). 3

4 Segundo QUINALIA (2005), existem três opções (ou tipos) de tubos de drenagem e que são: A drenagem superficial, com o objetivo de interceptar e redirecionar o fluxo de água precipitada sobre a plataforma para uma área de deságue. A drenagem subterrânea ou profunda, que é uma trincheira que pode rebaixar o lençol freático entre 1,5 e 2 metros de profundidade, captando-o e conduzindo água para saídas do terreno. E por fim, a drenagem subsuperficial ou de pavimento, que consiste na retirada da água que se infiltra no revestimento até 1,5 metro de profundidade, ou que venham do lençol freático abaixo do pavimento, para isso, usam-se colchões drenantes. O sistema de captação da água de chuvas dos campos de futebol é considerado como sistema de drenagem subsuperficial, pois se localizam em até 1,5 metro de profundidade se encarregando de retira a água do pavimento ou do lençol abaixo caso exista. O dimensionamento do sistema de drenagem leva em conta diversas características, como a permeabilidade e condutividade de água do solo base, a forma de plantio da grama, os índices de chuva (dados pluviométricos), a forma de uso do gramado e a frequência. (CORSINI, 2011) Este sistema funciona da seguinte forma: É feita uma escavação no terreno já na forma dos tubos que nele serão imersos; são colocados os tubos dentro desses buracos e então são cobertos com um colchão de agregado graúdo. Após esse primeiro processo, vêm sobre o colchão uma camada de agregado miúdo e por último uma camada de argila, onde será posta a grama. Os tubos sendo furados com a precipitação à água é absorvida pela grama, passa pelas camadas de argila, areia e brita (tendo esta última camada o papel de acelerar e filtrar a absorção dessa água), chegando aos tubos furados passam por eles e por gravidade ou pressão são levados para um local específico (geralmente fora dos estádios). Figura 01: Sistema de drenagem de campo de futebol. Fonte: Domínio Público ABNT NBR INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUAS PLUVIAIS Para a aplicação deste projeto e também para estudo deste, além de sua estruturação foi usado a NBR 10844, que estabelece critérios e exigências para as instalações de águas pluviais do qual este projeto faz parte e que visa 4

5 trazer segurança; higiene; conforto; durabilidade e economia a ele e servir de base para a sua efetiva aplicação. Esta norma prescreve algumas exigências quanto aos materiais empregados no sistema de captação de águas pluviais e indica outras normas que regulamentam esses materiais que serão empregados. Além disso, esta norma exige que as instalações recolham e conduzam a vazão de projeto na instalação de drenagem, que sejam estanques, que a instalação permita a limpeza e desobstrução em qualquer ponto, que a instalação absorva os esforços provocados pelas variações térmicas, que não provoquem ruídos excessivos, e outras exigências não menos importantes do que estas e que devem ser observadas. Levados em conta todos os critérios da norma para o projeto da instalação deve-se atentar para os fatores meteorológicos que influenciam na vazão que será captada pelo sistema de drenagem e na própria instalação. Deve-se determinar a intensidade pluviométrica de acordo com dados pluviométricos do local e a área de contribuição que será afetada pela precipitação. E assim, calcular a vazão de projeto e dimensionar a partir desta todo o sistema de captação de águas pluviais PLUVIOMETRIA A pluviometria consiste na medição da quantidade de água que cai em uma determinada região (CONCEIÇÃO, 2015), essa medição inicia-se com o conceito de precipitação que pode assumir várias formas; desde neve até granizo e que está relacionado com diversos problemas ambientais, por isso a importância do seu estudo. Antes de elaborar e também seguindo a norma relatada anteriormente deve-se estudar a pluviometria na região pretendida de projeto. Em nosso caso, para projeto de sistema de reaproveitamento e reutilização de águas pluviais seu estudo têm a mesma importância descrita anteriormente, pois sem seu conhecimento torna-se impossível a determinação de uma vazão de projeto mais próxima possível do real para o dimensionamento da tubulação do sistema de drenagem. Consequentemente seríamos levados ao desastre do sistema e da solução para drenagem. Para este projeto, foi escolhida a cidade de Santos/SP para implantação desse sistema/solução de captação de águas pluviais, em função da facilidade de encontrar dados pluviométricos para esta cidade, inclusive presente na norma, e que usaremos de base para caso seja feito o mesmo projeto em cidades vizinhas como Guarujá/SP. Para a coleta dos dados pluviométricos usam-se os pluviômetros que são aparelhos destinados a colher e informar os dados pluviométricos em milímetros. Para a perfeita leitura dos dados informados pelos pluviômetros é importante conhecer a altura pluviométrica ( que é a espessura média da lâmina de água precipitada que cobriria a região atingida pela precipitação ( CONCEIÇÃO, 2015)), a duração ( que é o período de tempo durante o qual a chuva cai ( CONCEIÇÃO, 2015)), a intensidade ( que é a precipitação por unidade de tempo, obtida em milímetros por hora ou minuto ( CONCEIÇÃO, 2015)), e a frequência ( que é o tempo médio em anos para um evento ser igualado ou superado, significando a mesma duração, a intensidade 5

6 correspondente será provavelmente igualada ou superada apenas uma vez em anos ( CONCEIÇÃO, 2015)). Para a cidade de Santos/SP na NBR a intensidade pluviométrica é identificada na figura 02 a seguir. Figura 02: Intensidade Pluviométrica cidade de Santos/SP. Fonte: Adaptado de ABNT NBR Projeto Este projeto/solução está baseado no sistema de captação de água de campos de futebol descrito acima e que faz parte do referencial deste trabalho. A ideia consiste em utilizar os mesmos materiais utilizados para o sistema de campos de futebol com exceção apenas do uso de bombas hidráulicas, que para este projeto torna-se opcional bastando a verificação da situação do terreno onde será feito a instalação deste sistema, de modo que, em terrenos situados em locais de elevação como morros pode-se empregar o uso de bombas hidráulicas. Inicialmente é feito, como de comum em projetos de construção de edificações, um estudo do solo onde o sistema de reaproveitamento e reutilização de águas pluviais será implantado, de maneira que o solo seja estável suficiente para ao receber o sistema o suporte e não sofra recalque, para que não prejudique o sistema e não traga inconvenientes para seus usuários. Depois de feito este estudo o solo deve ser preparado para receber a tubulação do sistema que se responsabilizará pela retenção e direcionamento de água, então é escavado até a altura de projeto onde ficará os tubos; esta altura é descoberta através do dimensionamento dos tubos e para sistemas de drenagem subsuperficial ou de pavimento como este é considerada 6

7 como 1,5 metros. Colocados os tubos dentro dos buracos (visto que os tubos são especiais para sistemas de captação de águas pluviais e possuem um layout diferenciado pois são do tipo espinha de peixe, além disso, os tubos que ficam nas espinhas tem aberturas para receber a água que chega ao terreno através da precipitação e são chamados de tubos-drenos), eles são enterrados em um colchão de agregado graúdo que posteriormente recebe camadas de agregados miúdos. A partir desse ponto o sistema está pronto para uso faltando apenas a instalação de um reservatório que pode ser inferior no qual esta água é despejada através da inclinação subterrânea do terreno, neste projeto escolhemos uma cisterna de litros. Este projeto/solução não é apenas uma adaptação do sistema de reaproveitamento de águas pluviais de campos de futebol, pois a principal característica de nossa ideia é a de aplicar esta adaptação do sistema para as calçadas das residências, onde efetivamente através dos mesmos mecanismos descritos anteriormente poderíamos reaproveitar e reutilizar a água que causa enchentes nas ruas trazendo-a para um reservatório interno à casa. A ideia é colocar os tubos em formato espinha de peixe na calçada da residência conectando este ao sistema de tubos espinha de peixe que está na parte interna da casa e ambos conectados à um reservatório para que esta água seja reutilizada e reaproveitada. Abaixo encontra-se figuras que ilustram esta ideia, feitas através de um software de CAD (Computer Aided Design Desenho Assistido por Computador em tradução genérica) e anexadas como imagem pelos autores. Figura 03: Sistema de drenagem para residências: Projeto/Solução. Fonte: Autores. 7

8 Na figura acima pode ser visto o projeto do sistema de reaproveitamento e reutilização de águas pluviais. Para a execução deste projeto foi escolhido um terreno padrão de 12 metros de frente e 25 metros de fundo com área total construída de 128 metros quadrados, onde no espaço vazio foi instalado o sistema de reaproveitamento com o layout espinha de peixe como descrito anteriormente. Aqui foi usado um telhado duas águas com a instalação de calhas opcional; pois o intuito é que quando a precipitação ocorrer a água que cair no telhado por gravidade se direcione para os locais onde há os tubosdrenos e assim seja direcionada para o reservatório inferior a fim de ser analisada para que se possa utilizá-la. Também pode ser observado o sistema na calçada com o mesmo layout usado no sistema que está interno à casa; observa-se que existe uma ligação do tubo principal que está na calçada com o reservatório inferior que se encontra dentro da residência. Na parte subterrânea onde o tubo principal se encontra há um desnível com a finalidade de direcionar a água ao reservatório pela ação da gravidade, não necessitando assim do uso de bombas hidráulicas nesta parte do sistema, porém a parte superior da calçada mantém-se em nível. Também deve ser observado a colocação de boias na cisterna para que ao se atingir o nível do reservatório este seja fechado evitando transbordos. Figura 04: Seções do Projeto/Solução. Fonte: Autores. Na figura acima pode-se observar duas seções do sistema de reaproveitamento que são sucessivamente transversal e horizontal. Nela foi separado, para ilustrar melhor este projeto, camadas que começam de baixo para cima iniciando com o agregado graúdo que é responsável por forrar os tubos principal e tubo-dreno, além de garantir a sua estabilidade; logo após duas camadas de agregado miúdo, que compões o conjunto para a resistência do solo, podem ser usados camada de argila e areia; e por último a camada de revestimento que encerra o conjunto pavimento e que sugerimos como opções dos usuários deste sistema de reaproveitamento o uso de concreto ou grama, ficando à particularidade e gosto de cada usuário. Figura 05: Sistema de alimentação de água do Projeto/Solução. Fonte: Autores. 8

9 Nesta figura (acima) pode-se observar como funciona o sistema de alimentação de água da residência com a implantação do projeto de reaproveitamento. A tubulação em azul claro representa a alimentação normal e comum que é a alimentação com água da concessionária (este sistema é o indireto, pois a água da concessionária vai para o reservatório superior para alimentar a residência) e que é usada para fins potáveis, ou seja, alimentação; banho; entre outros. A tubulação em vermelho representa a alimentação a partir do sistema de reaproveitamento de água, então essa água vem da cisterna instalada na residência, esta água é utilizada para fins não potáveis, ou seja, descarga; jardinagem; entre outros. Aqui é importante o uso de bomba hidráulica para levar a água da cisterna de reaproveitamento para o reservatório próprio superior. 6. Material e Métodos Para este projeto os materiais utilizados são os descritos abaixo: a) Tubos de PVC (ou outro material); b) Tubos-Drenos de PVC (ou outro material); c) Ligações de PVC (ou outro material) como joelhos e junções; d) Dois reservatórios superiores com capacidade para litros; e) Uma Cisterna com capacidade para litros; f) Opcional a instalação de calhas; O dimensionamento do sistema foi feito de acordo com a NBR 10844, e para o cálculo da vazão de projeto foi usado 136 mm/h para a intensidade pluviométrica com período de retorno de 1 anos, de acordo com a figura 2. A área de contribuição foi de 40 m 2. Q = (I. A)/ 60 Q Vazão de Projeto, em L/min; I Intensidade Pluviométrica, em mm/h; A Área de Contribuição, em m 2 ; Expressão 1. Vazão de Projeto. Fonte: ABNT NBR Substituindo os valores temos: Q = ( )/60 Q = 90,67 L/min ~ 1,5 L/s Ou seja, vazão de projeto de 1,5 L/s. 9

10 Para o dimensionamento dos tubos podemos usar a seguinte fórmula: Q = V. A Onde: Q = Vazão de projeto, em m 3 /s; A = área da seção, em m 2 ; V = Velocidade, em m/s (adotado como 0,5 m/s); Substituindo os valores temos: 0,0015 = 0,5. (π. d 2 /4) d = (0, )/(0,5. π) d = 0,006 / (0,5. π) d = 0,062 m 62 mm Ou seja, diâmetro da seção de 62 mm. 7. Resultados e Discussão Com o diâmetro do cálculo de 62 mm poderíamos colocar um tubo de diâmetro de 60 mm que seria o suficiente para suportar a vazão de projeto. Porém como existe a possibilidade de eventuais sobre vazões, devido ao sistema também estar instalado na calçada, usaremos o tubo principal com 100 mm de diâmetro e o tubo-dreno com 60 mm de diâmetro. Percebemos que a aplicação deste projeto tem grande viabilidade principalmente em grande proporção (com aplicação em não apenas uma residência, mas em todo um município), pois nos períodos chuvosos o índice pluviométrico se torna muito alto e em alguns lugares existem grandes áreas que sofrem com inundações. 8. Conclusão Concluímos que se este projeto for executado corretamente, o usuário deste sistema obterá água das chuvas suficiente para utilização em serviços como limpezas de calçadas, pisos, irrigação, limpeza de carro, etc. É importante relembrar aqui nesta conclusão que a ideia central é não apenas a adaptação de um sistema já existente de drenagem para uma residência, mas sim sua aplicação na parte externa desta (ou seja, na calçada) porque assim o usuário estará contribuindo para uma redução do nível de água das ruas (no caso de alagamentos ou enchentes) e estará aproveitando não só a água que precipita na sua residência mas também a água que antes lhe trazia inconvenientes do lado de fora. O utilizador deste sistema poderá contribuir também com a concessionária de água caso queira fazer uma adaptação no sistema para enviar o volume que eventualmente pode sobrar para a concessionária através de um sistema de tubos que sejam próprios para isso. 10

11 9. REFERÊNCIAS ABNT NBR Instalações Prediais de Águas Pluviais. CONCEIÇÃO, RONALDO DOS SANTOS. Pluviometria. SlideShare, Disponível em: <http//pt.slideshare.net/ronaldodossantos33046/pluviometria>. Acesso em: 25 de Setembro de CORSINI, RODNEI. Saneamento: Drenagem dos campos de futebol. São Paulo: Infraestrutura Urbana, Disponível em: <http// Acesso em: 21 de Setembro de ONU. Disponibilidade Mundial de Água. World Resources Institute, Disponível em:< Acesso em: 02 de Outubro de QUINALIA, ELAINE. Drenagem Pista Seca. São Paulo: Téchne, nº 102, Disponível em: <http// Acesso em: 23 de Setembro de