Desenvolvimento de sistema sustentável para captação de água pluvial em comunidades rurais do semiárido

Rafael Oliveira Batista

Docente; UFERSA, Av. Francisco Mota, 572, Bairro Costa e Silva, Mossoró-RN, CEP: 59.625-900, rafaelbatista@ufersa.edu.br

Hudson Salatiel Marques Vale

 Mestrando em Manejo de Solo e Água; UFERSA; Av. Francisco Mota, 572, Bairro Costa e Silva, Mossoró-RN, CEP: 59.625-900, Klaus_anglel@hotmail.com

Luiz Eduardo Castro Pereira

Mestrando em Manejo de Solo e Água; UFERSA; Av. Francisco Mota, 572, Bairro Costa e Silva, Mossoró-RN, CEP: 59.625-900, luizengeaa@hotmail.com

Lucas Ramos da Costa

Engenheiro Agrônomo; UFERSA; Av. Francisco Mota, 572, Bairro Costa e Silva, Mossoró-RN, CEP: 59.625-900, lucas_ramosjp@hotmail.com

 

RESUMO

 

A utilização de sistemas sustentáveis para captação e armazenamento de água pluvial é uma alternativa para amenizar o problema da escassez de água no semiárido nordestino. O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema para captação e armazenamento de água pluvial utilizando materiais recicláveis (resíduos de PET e de areia lavada). O presente trabalho foi realizado no Laboratório de Engenharia da UnP e no Parque Zoobotânico da UFERSA, ambos localizados em Mossoró-RN. Foram confeccionados doze corpos de prova, sendo seis com a formulação 1 (areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada) e os outros seis com a formulação 2 (areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET). Os corpos de prova foram submetidos à ensaios de compressão após tempos de cura de 7, 14 e 28 dias no Laboratório de Engenharia. No Parque Zoobotânico foi instalado um sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial com capacidade para 10 m³ utilizando a formulação 2. Os resultados reforçam a importância para o semiárido como tecnologia limpa de baixo custo, fácil implantação e ambientalmente aceita pela sociedade.

 

Palavras-chave: Escassez de água, reciclagem, qualidade de vida

 

 

INTRODUÇÃO

 

A disponibilidade e usos da água na região Nordeste do Brasil, particularmente na região semiárida, continuam a ser uma questão crucial no que concerne ao seu desenvolvimento. É fato que grandes esforços vêm sendo empreendidos com o objetivo de implantar infraestruturas capazes de disponibilizar água suficiente para garantir o abastecimento humano e animal e viabilizar a irrigação.

Todavia, esses esforços ainda são, de forma global, insuficientes para resolver os problemas decorrentes da escassez de água, o que faz com que as populações continuem vulneráveis à ocorrência de secas, especialmente quando se trata do uso difuso da água no meio rural. De qualquer forma, a ampliação e o fortalecimento da infraestrutura hídrica, com uma gestão adequada, constituem requisitos essenciais para a solução do problema, servindo como elemento básico para minimizar o êxodo rural e promover a interiorização do desenvolvimento.

O semiárido nordestino tem como traço principal as frequentes secas que tanto podem ser caracterizadas pela ausência, escassez, alta variabilidade espacial e temporal das chuvas. Não é rara a sucessão de anos seguidos de seca. Geoambientalmente além das vulnerabilidades climáticas do semiárido, grande parte dos solos encontra-se degradado e os recursos hídricos caminham para a insuficiência ou apresentam níveis elevados de poluição (Suassuna, 1999).

O problema de escassez de água que afeta o semiárido nordestino torna-se mais crítico na área denominada “Polígono das Secas”, na qual o índice pluviométrico oscila de 300 a 800 mm ano-1 e onde ocorre grande evaporação causada pela elevada média térmica (Rebouças, 1997). De acordo com Morengo (2008), as mudanças climáticas que vêm ocorrendo no planeta poderão aumentar substancialmente as secas no nordeste brasileiro.

Marengo (2008) prevê ainda que na área designada como “Polígono das Secas”, as mudanças climáticas poderão causar problemas mais severos, devido às fragilidades da própria região, sendo que os mais vulneráveis serão os agricultores pobres que praticam a agricultura de subsistência, o que poderá trazer mais pobreza e exclusão social nesta região.

Os problemas causados pelas secas para as populações rurais são similares nas regiões áridas e semiáridas do mundo. A seca no semiárido brasileiro afeta milhões de pessoas, animais e dizima a agricultura de subsistência. Por esta razão, considera-se a captação da água pluvial como uma alternativa viável para o desenvolvimento social e econômico dessa região (Gnadlinger, 2005a), tendo em vista que as fontes de água subterrânea existentes são na sua maioria escassas e salobras e a malha hidrográfica da região é composta por mananciais intermitentes na sua maioria.

A variabilidade pluviométrica no semiárido do Nordeste é um fato; porém, apesar da irregularidade da ocorrência das precipitações pluviométricas, sabe-se que esta é uma das regiões semiáridas mais úmidas do mundo tornando absolutamente viável a instalação de sistemas de captação e uso racional da água pluvial que podem se tornar uma política pública que represente uma contribuição efetiva, eficiente e essencial à satisfação das demandas sociais e assegurar acesso equitativo à água para todos os cidadãos (Gnadlinger, 2005a).

Gnadlinger (2005a) afirma que o sistema de captação de águas pluviais é uma das alternativas para amenizar a escassez de água e conservar as águas dos mananciais. As águas pluviais são captadas e armazenadas para um posterior consumo humano, suprimento animal ou irrigação. Sua captação pode ser realizada de diversas formas. O sistema completo de captação de água pluvial constituiu-se de área de captação ou área de contribuição (telhado); subsistema de condução (calhas e dutos); dispositivo para desvio das primeiras chuvas (by-pass); reservatório (cisterna); tratamento; meio elevatório (balde com corda, sarilho com manivela, bombas hidráulicas); e preservação (caixa d’água).

Um dos principais problemas do progresso humano é a geração de resíduos pelo homem. Tais compostos são os rejeitos da qualidade de vida que a humanidade sempre buscou e por não pertencerem à nenhum ciclo, acabam por trazer desequilíbrios físicos, químicos ou biológicos ao meio ambiente. Dentre todos os tipos de resíduos gerados, os que causam maior impacto são os de difícil degradação. Este tipo de resíduo impacta a natureza de forma física e acaba trazendo prejuízos, principalmente, à própria sociedade.

No Brasil o PET foi introduzido em 1988, trazendo indiscutíveis vantagens ao consumidor, mas, em contrapartida veio o desafio de uma destinação correta para todo este resíduo. Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria do PET, no ano de 2007 um total de 53,5% do polímero consumido foi reciclado no Brasil (Abipet, 2012).

As principais aplicações do PET reciclado são: fibras têxteis, tapetes, carpetes, não-tecidos, embalagens, filmes, fitas, cordas, compostos, frascos e outros. Porém, o polímero reciclado é proibido de retornar ao seu mercado original, o de garrafas de bebidas, pois legislação impede o contato direto do plástico reciclado com produtos alimentícios, a não ser que processos comprovadamente eficazes garantam a completa limpeza do material (Anvisa, 2012).

A utilização de PET como matéria-prima na confecção de sistemas para captação e armazenamento de água pluvial em ambientes rurais do semiárido nordestino é uma tecnologia de baixo custo e inovadora que pode amenizar os problemas de escassez de água.

 

MATERIAIS E MÉTODOS

O presente trabalho foi realizado em duas etapas, na etapa 1 foram realizados ensaios com corpos de prova em laboratório específico. Enquanto, a etapa 2 consistiu na implantação de um sistema sustentável para captação e armazenamento de água pluvial em ambientes rurais do semiárido do nordeste.

 

Etapa 1: Ensaios com corpos de prova

 

Esta etapa foi realizada no Laboratório de Engenharia da Universidade Potiguar (UnP) localizada em Mossoró-RN. Para tal, foram preparados corpos de prova confeccionados com cimento portland (massa específica de 3,12 g cm^-3), areia lavada (massa específica de 2,67 g cm^-3), resíduo do peneiramento de areia lavada (massa específica de 1,60 g cm^-3), água (massa específica de 1,00 g cm^-3) e resíduo de PET (massa específica de 0,45 g cm^-3). Na Figura 2 estão apresentados os materiais recicláveis (resíduos de PET e peneiramento de areia lavada) utilizados na confecção dos corpos de prova para ensaios de compressão.

 

Figura 1. Ilustração dos resíduos de PET (a) e do peneiramento de areia lavada (b) utilizados na confecção dos corpos de prova para ensaios de compressão

O PET foi adquirido de recicladores com comprimento de 0,6 a 0,9 milímetros (Figura 1a), enquanto o resíduo do peneiramento de areia lavada foi obtido de canteiros de obras da UFERSA em Mossoró-RN (Figura 1b), tendo como granulometria predominante a de 2,0 mm, conforme apresentado na Tabela 1.

 

Tabela 1. Ensaio de granulometria de resíduo de areia lavada utilizado na confecção de corpos de prova para ensaios de compressão

 

A Tabela 2 apresenta as relações de partes, de volumes iguais (cm³ cm^-3), de cimento, areia lavada, resíduo de PET, resíduo do peneiramento de areia lavada e água nos respectivos corpos de provas.

Tabela 2. Composição dos corpos de prova

 

Com cada uma das formulações apresentadas na Tabela 2, foram confeccionados doze corpos de prova com auxílio de formas cilíndricas de dimensões de 10,0cm de diâmetro por 20cm de altura (para a moldagem), recipiente para amassamento manual da argamassa, soquete e espátula. Seis corpos de prova foram confeccionados com areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada para os tempos de cura de 7, 14 e 28 dias, enquanto os outros seis corpos de prova foram de areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET para os mesmos tempos de cura.

Os corpos de prova foram moldados segundo as dimensões de 10,0cm de diâmetro por 20,0cm de altura, seguindo a proporção 1: 2: 3 (cimento: areia lavada: resíduos de areia lavada) conforme recomendado pela NBR 5738 (ABNT, 1994). Após moldagem nas formas, os corpos de prova foram deixados em repouso para que ocorressem os tempos de cura, determinado pela norma NBR 5738, de 7, 14 e 28 dias (ABNT, 1994), posteriormente os mesmo foram retificados por meio do equipamento apresentado na Figura 2a, conforme sugerido na NBR 5738 (ABNT, 1994).

A preparação do compósito obedeceu às porcentagens de cimento, areia lavada, resíduo de areia lavada, resíduo de PET e água apresentados na Tabela 2, havendo inicialmente uma mistura a seco (areia lavada + cimento + resíduo de areia lavada ou areia lavada + cimento + resíduo de areia lavada + resíduo de PET) e em seguida foi adicionada 0,7 parte de água para cada parte de cimento (em volume) nos dois tipos de mistura. Esta argamassa foi misturada até ficar homogênea (tomando-se cuidado para eliminar vazios e bolhas de ar) e posteriormente o material foi depositado e compactado nos moldes.

Decorrido o tempo de cura, foram realizados os ensaios de compressão sendo utilizada uma prensa hidráulica Modelo PC200C (0 a 320 MPa), apresentada na Figura 2b.

 

 Figura 2. Ilustração dos equipamentos utilizados na retificação dos corpos de prova (a) e nos ensaios de avaliação da resistência à compressão (b) do Laboratório de Engenharia da UnP em Mossoró-RN

 

Etapa 2: Implantação de sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial

Esta etapa foi realizada no Parque Zoobotânico da Universidade Federal Rural do Semiárido (UFERSA) em Mossoró-RN sob as coordenadas geográficas 5º12’30,37” de latitude Sul, 37º19’08,41” de longitude Oeste e altitude de 26 m. Na Figura 3 está apresentada a área destinada à construção do sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial no Parque Zoobotânico em Mossoró-RN, no período de dezembro de 2010 a dezembro de 2011.

A região apresenta clima muito quente e semiárido, conforme a classificação climática de Köppen, com temperatura média anual de 27,9 °C, temperatura máxima média de 33,3 °C e temperatura mínima média de 22,5 °C. A insolação média da região é de aproximadamente 3041 horas ano^-1, com evaporação média de 2190 mm ano^-1, umidade relativa média de 66,8 % e precipitação média de aproximadamente 677 mm ano^-1 segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET).

Fonte: Google Earth (2010).

Figura 3. Ilustração da área destinada à construção do sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial no Parque Zoobotânico em Mossoró-RN

 

No Parque Zoobotânico da UFERSA foi implantado um sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial (Figura 4a) dotado dos seguintes componentes:

 

Sistema de captação de água pluvial:

Constituído de telhado em duas águas com área de 20 m² dotado de duas canaletas de metal para recolhimento da água pluvial, posteriormente conduzida por tubos de 75 e 100 mm até a cisterna (Figuras 4b,c). O telhado foi montado em estrutura de madeira dotada de caibros e ripas apoiada em seis pilares de concreto. No telhado foram utilizadas telhas de PET (marca TELHA LEVE) sendo apoiado em estacas de madeira e de concreto. Este tipo de telha tem como vantagens a economia de até 50% no custo final do telhado (6 kg por m² quase 10 vezes menos que os outros tipos de telha), impede a ação de limo e fungos, não ressecam e nem trincam, proteção anti-radiação ultravioleta e 40 anos de vida útil.

 

Sistema de armazenamento da água pluvial:

Composto de cisterna cilíndrica com diâmetro de 3,60 m e 1,0 m de profundidade com capacidade de armazenamento de 10 m³ de água pluvial. A cisterna possui uma abertura superior para permitir a coleta e o monitoramento da qualidade da água (Figura 4d). As placas e o piso da cisterna foram confeccionados com a formulação 2 (areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET) apresentada na Tabela 2. As placas foram assentadas em armação de arame liso n^o 12 e ferragem de ¼” e revestido com argamassa no traço 1:2.

 

Figura 4. Ilustração do sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial implantado no Parque Zoobotânico da UFERSA em Mossoró-RN, destacando: vista frontal (a), calha metálica coletora de água pluvial (b), tubulação de 75 e 100 mm utilizadas para a condução da água pluvial (c) e abertura da cisterna para inspeção (d). Monitoramento do sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial

 

Este sistema foi monitorado durante um período de seis meses com relação ao surgimento de vazamentos e deformação do material em condições de campo.

Difusão da tecnologia e educação ambiental

 

Este sistema é utilizado na UFERSA como unidade demonstrativa para aulas práticas das disciplinas Saneamento Rural e Tratamento de Resíduos, Sólidos, Líquidos e Gasosos dos estudantes do Curso de Engenharia Agrícola e Ambiental fortalecendo o conhecimento sobre as tecnologias inovadoras de convivência com o semiárido, bem como nas aplicações do PET para obtenção de produtos inovadores. O sistema também é utilizado em cursos de extensão da UFERSA como os de treinamento de técnicos da EMATER.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

 

Etapa 1: Ensaios com corpos de prova

 

Na Figura 5 estão apresentados os resultados dos ensaios de compressão dos corpos de prova confeccionados com a formulação 1 (areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada) e formulação 2 (areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET) nos períodos de cura de 7, 14 e 28 dias.

 

Figura 5 - Resultados dos ensaios de compressão dos corpos de prova confeccionados com a formulação 1 - areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada (a) e formulação 2 - areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET (b) no período de cura de 7 dias (Repetição 1  e Repetição 2 ), 14 dias (Repetição 3  e Repetição 4 ) e 28 dias (Repetição 5  e Repetição 6 ).

 

A Tabela 3 apresenta uma comparação entre a carga máxima obtida para os dois grupos de seis corpos de prova nos tempos de cura de 7, 14 e 28 dias, com as respectivas médias, desvios-padrão e coeficientes de variação.

 

Tabela 3. Cargas máximas suportadas pelos corpos de prova ensaiados com tempos de cura de 7, 14 e 28 dias, com suas respectivas médias, desvios-padrão e coeficientes de variação

 

Na Figura 5 e Tabela 3 constatou-se que os corpos de prova contendo cimento+areia lavada +resíduos de PET+resíduos de areia lavada suportaram menores cargas em relação os que continham cimento+areia lavada +resíduos de areia lavada. Tal resultado contraria o obtido por Dyer e Mancini (2009) que obtiveram maiores cargas nos corpos de prova de argamassa contendo resíduo de PET com diâmetros de 0,001 á 0,1 milímetros. Enquanto, no presente trabalho os resíduos de PET foram maiores tendo comprimento variando de 0,6 a 0,9 milímetros, resultando em menor resistência do concreto. A carga máxima média dos corpos de prova com resíduos de PET aos 28 dias de cura foi de 15,78 MPa inferior ao valor médio de 25,65 MPa obtidos nos corpos de prova sem resíduos de PET. Verificou-se que a resistência dos corpos de prova sem resíduos de PET foi superior aos 7 dias de cura em relação aqueles ensaiados aos 14 dias de cura, isto pode ser atribuído à alta resistência inicial proporcionada pelo cimento utilizado. O coeficiente de variação dos corpos de prova sem resíduos de PET (7,36%) foi superior à dos corpos de prova com resíduos de PET (3,21%). Apesar da presença do PET ter reduzido a resistência do concreto, o valor médio de 15,45 MPa é mais do que suficiente para permitir a construção de cisternas de 10 m³ para armazenamento de água pluvial.

 

Etapa 2: Implantação de sistema sustentável de captação e armazenamento de água pluvial

 

Na Tabela 4 está apresentada a estimativa de materiais de consumo e custos de uma cisterna construída com resíduos de PET e do peneiramento de areia lavada com capacidade armazenadora para 10 m³ em Mossoró-RN. Nessa tabela não foram incluídas as quantidades de resíduos de PET e de areia lavada em função destes materiais serem encontrados em abundância nas áreas urbanas e em comunidades rurais em expansão. Verificou-se que o custo estimado da cisterna de 10 m³ utilizando a formulação areia lavada+cimento+resíduo de areia lavada+resíduo de PET foi de R$ 858,00. Considerando um domicílio com cinco pessoas e consumo per capta de água de 10 L d^-1 constatou-se que a cisterna proposta abastece esta família por um período de 200 dias.

 

Tabela 4. Estimativa de materiais de consumo e custos de uma cisterna construída com resíduos de PET e de areia lavada com capacidade armazenadora para 10 m³ em Mossoró-RN

 

No período de maio a outubro de 2011 a cisterna foi preenchida com 10 m³ de água da rede de abastecimento. Não foram observados vazamentos e nem o surgimento de rachaduras na cisterna ao longo do período de ensaios.

 

CONCLUSÕES

 

O concreto ecológico com formulação cimento+areia lavada+resíduo de areia lavada+resíduo de PET+água correspondente ao traço 1:2:3:0,6:0,7 suportou carga máxima média de 15,45 MPa suficiente para a confecção do piso e das placas de cisternas destinadas ao armazenamento de água pluvial.

Os corpos de prova com resíduos de PET suportaram menores cargas em relação aos tradicionais, podendo-se aumentar a resistência do concreto reduzindo o tamanho dos resíduos de PET.

A cisterna ecológica para armazenamento de água pluvial foi confeccionada com um custo de R$ 858,00 em Mossoró-RN, tecnologia limpa de baixo custo, fácil implantação e ambientalmente aceita pela sociedade.

A utilização de telhas de PET nas residências rurais pode reduzir em até 50% o custo do telhado, além de apresentar vida útil de 40 anos.

 

 

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

ABIPET - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS FABRICANTES DE EMBALAGENS PET. Reciclagem. Disponível em: Acessado em: 14 de janeiro de 2012.

 

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GNADLINGER, J. Estratégias para uma legalização favorável à captação e ao manejo de água de Chuva In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CAPTAÇÃO E MANEJO DE ÁGUA DE CHUVA, 5., Anais... Teresina-PI: ABCMAC, 2005a. (CD-ROM)

 

GNADLINGER, J. Programa Uma Terra -Duas Águas (P 1+2): Água de chuva para os animais e para agricultura no semiárido brasileiro, apresentação e reflexões. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CAPTAÇÃO E MANEJO DE ÁGUA DE CHUVA, 5., Anais... Teresina-PI: ABCMAC, 2005b. (CD-ROM)

 

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