Título: Grandes prédios, pequenos esgotos

Alexandre Mesquita, Roselice Parmegiani

As cidades do Brasil, principalmente aquelas que ultrapassam cem mil habitantes e com bom desempenho econômico, enfrentam diversos problemas devido à concentração habitacional de pessoas em certas regiões. A concentração de grandes massas humanas nos limitados espaços das zonas urbanas tem sido equacionada pela verticalização das cidades, ou seja, a construção de prédios cada vez mais largos e mais altos.

Áreas urbanas necessitam de uma infraestrutura complexa que inclui, além das moradias, sistema viário, iluminação pública, redes de água e esgotos, atendimento à saúde e educação, áreas lazer, repartições públicas, serviços de segurança e saúde, dentre outros. Para uma região urbana ser considerada com boa qualidade de vida, todos esses elementos devem estar integrados com a população de forma harmoniosa.

Todavia, garantir a sustentabilidade de zonas urbanas é um grande desafio visto que é necessário criar soluções que permitam manter o equilíbrio do conjunto mediante circunstâncias que vão se modificando com o tempo, como o supracitado aumento da população urbana (ou seja, um público que demanda serviços e infra estrutura) e a consequente necessidade de oferta de habitação para a população. Se, por um lado atividade de construção civil serve como parâmetro para indicar boas condições econômicas de uma região, causa ameaça de desequilíbrio com relação a outros aspectos, como ambiental e sanitário. E um sistema ao qual esses aspectos estão intimamente ligados é a Rede de Esgotos.

As redes de esgoto são a forma como o escoamento de dejetos humanos permite que seres humanos não necessitem conviver com urina e fezes no mesmo ambiente. O bom funcionamento das redes de esgoto está diretamente relacionado com a integração harmoniosa mencionada acima. O aumento da população, logo o aumento dos dejetos, mantém a importância de permanente atenção à rede de esgotos, embora não necessariamente isso seja evidente para a população.

A rede de esgotos ideal é um encanamento subterrâneo, que leva a sujeira dos banheiros, pias e tanques para uma estação de tratamento. Porém, nem todas as cidades têm tratamento de esgoto, então, a maior parte dessa sujeira é jogada nos mares, represas e rios causando a poluição da água. E há cidade que sequer tem sistema de canos subterrâneos. Muitas pessoas sofrem com o esgoto a céu aberto que, além de trazer incômodos e contaminar o meio ambiente, traz sérias doenças, tais como, leptospirose, dengue, tuberculose, poliomielite, hepatite e o aumento o número de insetos e roedores. Pesquisas mostram que menos da metade da população brasileira tem esgoto recolhido em casa. Hoje, com certeza, um dos grandes problemas ambientais do Brasil é o esgoto sanitário pois os índices de tratamento do mesmo são muito baixos.

Como será que maioria dos habitantes de uma cidade enxerga a rede de esgotos? Uma opção de resposta seria: aquilo que está embaixo da terra, que de vez em quando gera incômodas obras de reparação para circulação de pessoas ou carros, mas que fora isso não tem nenhuma influência sobre as coisas acima da superfície.

Imagine um bairro que num período de dez anos no passado era essencialmente composto por casas e que começa um período de expansão vertical urbana, com prédios de dezenas de andares. Neste cenário, quais as principais dificuldades que as construtoras enfrentarão para que ele continue se expandindo? Área de construção? Circulação dos carros durante as obras? Barulho para os vizinhos? Sim, todas elas são importantes e merecem atenção (e solução). Mas uma pergunta que é tão importante quanto estas: será que a rede de esgotos da região conseguirá suportar o ingresso de centenas de novas pessoas na região? Ou é necessário também exigir que a empresa construtora realize obras também na rede?

Essa questão deve fazer parte do estudo de impacto urbano realizado pelos técnicos da Prefeitura para autorizar a execução da obra. Mas é necessário que a população em geral, desde cedo, tenha consciência dessa demanda quando se cogita novas construções em sua região, para exigir as obras adequadas ou mesmo intervir para que a obra não ocorra, a fim de garantir a harmonia urbana.

Tendo em vista o exposto, a presente proposta de trabalho será desenvolvida em torno da seguinte questão problematizadora:

Qual a importância da rede de esgotos e como ela se relaciona com o crescimento urbano?

Assim, apresenta-se como objetivo da proposta: Desenvolver ao longo de seis encontros com alunos do nono ano do Ensino Fundamental o tema construção urbana versus esgoto, pelo viés do conceito físico de vazão, se valendo da interdisciplinaridade conceitual entre a Física, a Matemática, a Geografia e o Urbanismo, e de recursos didáticos como construção de maquetes e condução de experimentos.

Conceitos a serem trabalhados com os alunos do nono ano do ensino fundamental:

- Urbanização residencial, concentração (densidade) da população;

- Esgoto residencial

- Vazão: geometria e velocidade

- Razão entre o número de unidades habitacionais por dimensões necessárias da rede de esgoto

- Conceito e cálculo da vazão no esgoto.

- Perímetro, área e volume

Metodologia

O projeto é planejado para seis encontros e direcionado ao 9º ano do EF. Tem caráter interdisciplinar, com transversalidade entre Ciências, Matemática e Geografia, com os conteúdos direcionados para a abordagem do tema gerador Sustentabilidade.

Nos três primeiros encontros serão trabalhados os temas urbanismo, densidade demográfica, área, esgoto e volumes.

No tema urbanismo sugere-se mesclar conteúdo escrito no quadro com o conceito e características do urbanismo, usando vídeo e/ou figuras que expressem visualmente o conteúdo. Na abordagem é necessário focar em três fatos: a) pessoas ocupam espaço; b) uma das soluções é a construção de prédio; c), e pessoas geram dejetos orgânicos, que precisam ser eliminados.

A partir da noção de densidade demográfica apresenta-se (ou retoma-se, caso já tenha sido trabalhado em outra disciplina) o conceito de área, que deve ser trabalhado matematicamente com quadriláteros, a partir do produto da base pela altura. Utiliza-se papel quadriculado para calcular a área de quadrados e retângulos e, em seguida, propõe-se a construção um metro quadrado de jornal. Com os metros quadrados, a turma calculará a área da sala de aula.

No terceiro encontro mostra-se para os alunos que a tendência dos centros urbanos é que mais pessoas morem neles, e que, portanto, uma quantidade maior de dejetos será produzida. São discutidas questões referentes à composição do esgoto e qual o caminho que ele percorre após sair pelos ralos das residências. Pode-se pesquisar o volume de esgoto doméstico produzido por pessoa e, a partir dessa informação, abordar os conceitos de volume e unidades de medida de volume. Um experimento prático conduzirá à conclusão de quem 1m³ equivale a 1000 litros.

No quarto encontro trabalha-se o tema Vazão. A definição física de vazão é: Área x Velocidade do líquido ou fluído, tendo como unidade o metro cúbico por segundo. Assim, de uma forma bem simples, vazão é a quantidade de volume que o líquido ou fluído passa a cada segundo por um cano.

Portanto, é necessário trabalhar com os alunos:

a) Conceito de velocidade, focado em distância percorrida por tempo. Sugestão de abordagem: utilizar o velocímetro do carro, e o significado de 80 km/h.

b) Vazão da água do esgoto. Água fluindo por uma tubulação.

c) Sólidos na água prejudicam a vazão? Aqui deve ser retomada a questão de que à medida que mais materiais sólidos circulam pela tubulação mais eles começam a raspar nas paredes freando e se juntado com os resíduos sólidos que vem depois, acumulando até estrangular totalmente a tubulação.

É esperado que ao final os estudantes tenham a noção que o lixo jogado nas ruas prejudica a vazão dos esgotos e, para enfatizar esse problema será feito um experimento que mostra o que acontece quando várias coisas sólidas tentam passar por ele ao mesmo tempo. Sugestão: convidar os alunos a assistirem o filme Godzilla (1998). Boa parte dele se passa nos imensos esgotos de Manhattan, Nova York, com seus um milhão e meio de habitantes concentrados na pequena ilha.

Nas aulas 5 e 6 apresenta-se a rede de esgotos como um conjunto de canais subterrâneos para eliminar a água proveniente do banho, limpeza de roupas, louça ou descarga do vaso sanitário, conduzindo-a para o destino final. Seria interessante nessa parte ter uma combinação de trabalho com professores da Biologia para que abordem os conceitos de aterro sanitário e, também, a questão do mau destino do material orgânico, jogados em rios e praias.

Os estudantes descobrirão o caminho do esgoto quando há rede pública de esgotos e quando ela é inexistente a partir de textos ou vídeos. Em seguida, reunir-se-ão em grupos para construir a maquete de um prédio, casa, rua ou bairro, e da rede coletora de esgotos correspondente. A maquete mostrará o que está acima da terra e abaixo dela.

Ao final da atividade proposta espera-se que os alunos entendam a importância do dimensionamento da rede de coleta de esgoto, principalmente em prédios, para que não haja entupimento, e dos danos causados ao ambiente e à sociedade quando o esgoto não é devidamente coletado e tratado.

Se você vê um prédio muito alto sendo construído será que ele não vai prejudicar a rede de esgoto do bairro?

Aula 1: Urbanismo e população

Num primeiro momento o professor promoverá uma discussão acerca dos seguintes assuntos: urbanismo, crescimento da população, problemas das cidades. Depois, convidará a todos para assistirem ao vídeo: “O crescimento das cidades e a periferização”, disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=puIh8Hr8tX4.

A classe toda ficará em um círculo para conversar a respeito do vídeo e responder aos seguintes questionamentos:

- Quais são os principais problemas que as cidades enfrentam atualmente? O que gerou estes problemas?

- Os problemas que as cidades enfrentam hoje são os mesmos de antigamente? Por quê?

- Os problemas urbanos aparecem somente nas grandes cidades?

- O que pode ser feito para minimizar os problemas das cidades?

- Quais são os problemas da nossa cidade?

Os alunos serão reunidos em grupos e cada grupo escreverá um texto sobre os assuntos discutidos na aula.

Aula 2: Densidade demográfica x área

O professor retomará os assuntos tratados na Aula 1 e promoverá uma conversa a respeito de “densidade demográfica”. Depois, convidará a turma a calcular a densidade demográfica de algumas cidades, a partir da razão entre o número de habitantes e a superfície territorial.

Após, serão retomados os conceitos de superfície, área e unidades de medidas de área e os estudantes farão as atividades práticas que seguem:

Cálculo do perímetro e área de figuras

Material: folhas de papel quadriculado, lápis e borracha

Os alunos formarão pequenos grupos e receberão as folhas de papel quadriculado. Cada estudante deverá:

a) Construir dois quadrados quaisquer e determinar a área e o perímetro dos mesmos pela contagem dos quadradinhos;

b) Fazer o mesmo que em (a) com dois retângulos quaisquer;

c) Determinar uma fórmula para calcular a área de quadrados e retângulos;

d) Construir todos os retângulos (ou quadrados) possíveis que tenham área igual a 16 u.a.

e) Construir todos retângulos (ou quadrados) possíveis que tenham área igual a 36 u.a.

Qual a área da sala de aula?

Material: folhas de jornal, régua, cola, tesoura, lápis e borracha.

Os alunos em grupos de quatro alunos, receberão as folhas de jornal, tesouras, réguas e cola e deverão construir 1m² de jornal.

Após, com o auxílio dos metros quadrados construídos, a turma deverá calcular a área da sala discutindo, no grande grupo, como essa tarefa poderá ser executada.

Como tarefa de casa, cada estudante deverá:

- calcular a área do seu quarto;

- calcular a área do banheiro da sua casa;

Aula 3: O esgoto e o cálculo de volumes

A aula iniciará com uma conversa sobre os seguintes questionamentos:

- Para onde vai a água que entra no ralo das pias, tanques e chuveiros? Para onde vão os dejetos do vaso sanitário?

- O que é lançado diariamente na rede de esgotos das casas e que é misturado à água?

- O que acontece com a água que compõe o esgoto?

- O que acontece com o esgoto quando ele não é tratado?

- Você sabe qual o volume de esgoto que uma pessoa produz, em média, por dia?

Em seguida, o professor conversará com a turma sobre o que é volume e como ele pode ser medido e, em seguida, convidará os alunos a realizarem a seguinte atividade prática:

A construção do decímetro cúbico

Material: metros quadrados de jornal construídos na Aula 2, caixinhas de leite longa-vida (2 para cada grupo), tesoura, régua, fita adesiva, água, recipiente com capacidade de 1 L, caixa de sapato.

A turma será organizada em grupos e cada grupo deverá calcular, com o auxílio da régua, o volume de uma caixa de sapatos apresentada pelo professor. Cada grupo deverá explicar aos demais o resultado obtido.

Depois, a turma será desafiada a construir um metro cúbico com o auxílio dos metros quadrados de jornal. Para isso, quatro alunos deverão ficar em pé e segurar quatro quadrados (de 1m² cada), tal como mostra a figura:

Quantos litros cabem em um metro cúbico? Para responder essas pergunta, os alunos construirão, em grupos, um decímetro cúbico utilizando caixas de leite. A partir de recorte e colagem, tal como mostra a figura abaixo, cada grupo fará o seu dm³.

Abrir as caixas de leite e recortar duas tiras de 30 cm x 10 cm (Passo 1). Traçar retas a cada 10 cm de largura em cada tira e fazer um vinco em cada reta . Posicionar as tiras em cruz (Passo 3) e colar as partes que se interceptam. Levantar as laterais e colá-las com fita adesiva larga (Passo 3).

Depois que a tarefa for concluída, cada grupo despejará um litro de água em seu dm³ e verificará que 1 dm³= 1 L. Sendo assim, poderão deduzir que 1m³ = 1000 L pois 1m³=10 dm x 10 dm x 10 dm = 1000 dm³.

Tarefa de casa:

Como tarefa de casa os estudantes farão uma pesquisa a partir dos seguintes questionamentos: O que é um cilindro? Quais suas características? Quais os objetos que conhecemos que possuem forma cilíndrica? Como se calcula o volume de um cilindro?

Aula 4: Vazão

Na quarta aula os alunos trabalharão com o conceito de vazão.

Inicialmente o professor deverá apresentar a definição de vazão volumétrica, ressaltando que ela representa uma quantidade de fluído (no caso de interesse da aula, a água) se deslocando dentro de uma tubulação. E a forma de se medi-la é exatamente utilizando o conceito de volume, abordado na aula anterior, pela razão com o tempo. O professor deve retomar as noções sobre “metro cúbico”, trabalhar a medida de tempo “segundos”, e fazer um ou dois exemplos de cálculo de vazão pela divisão de m³ por segundo.

Na sequência serão feitos dois experimentos.

Experimento 1 - O professor deverá dividir a turma em grupos. Será necessário que cada grupo providencie um pote em formato cilíndrico (como de sorvete ou doces) com volume em torno de 3 litros ou mais, uma garrafa pet de 2 litros, um cronômetro (pode ser de relógio ou celular) e uma régua de 30 cm.

Em uma torneira cada grupo deverá encher a garrafa pet até a boca. Recomenda-se que ele ainda possua a tampa para evitar que se perca água do traslado da torneira ao local onde está o pote cilíndrico. A boca da garrafa deverá ser virada para o pote cilíndrico de maneira que a água saia de forma contínua, evitando golfadas.

Quando a água começar a sair acionar-se-á o cronômetro, que deverá ser interrompido no instante que a pet ficar vazia. Os alunos deverão usar a régua para fazer as medidas necessárias para determinar o volume, em m³, ocupado pela água no cilindro e, na conversão, verificar se corresponde com os 2 L esperados.

Por fim, a medida em m³ deverá ser dividida pelo tempo total gasto para esvaziar a garrafa, em segundos. O resultado obtido será a vazão da água da garrafa para o balde.

Experimento 2 – Será demonstrativo e preparado previamente pelo professor. Serão utilizadas no mínimo 3 garrafas pets de 2 L cada, e cortadas a um centímetro da base. As tampinhas de cada uma deverão ser furadas para que por elas passe um cano de silicone do tipo usado para as bombas de aquários. O cano deverá ser cuidadosamente fixado à tampa com silicone para que sua ponta não fique obstruída. A água da garrafa deverá ter vazão pelo cano.

Serão montados suportes para que as garrafas possam ficar na vertical, com a tampa para baixo e com uma altura mínima de 5 cm da superfície na qual o suporte estará apoiado. A figura abaixo apresenta um suporte simples feito de garrafa de 500 ml

Utilizando conexões de aquário com válvula, que podem ser adquiridas em qualquer loja do ramo, deverá ser montado um esquema em que um cano de silicone seja conectado na válvula e desague em um balde com 2 litros ou mais.

O aparato ficará montado sobre uma mesa de forma que esse balde, no chão, fique em nível abaixo do aparato e toda a água consiga fluir para ele. A conexão deverá ter entrada para os 3 canos provenientes das garrafas. As garrafas deverão ser conectadas uma de cada vez e, assim que conectadas, a válvula deverá ser aberta para que a água vaze da garrafa para o balde. À medida que mais garrafas vão aderindo ao sistema, maior vai ficando a vazão, ou seja, mais rápido o balde irá enchendo. Cada garrafa representará um prédio, a tubulação corresponderá ao sistema de esgoto e o balde retratará a estação de tratamento.

Após a primeira demonstração, todas as garrafas serão carregadas com água novamente. Porém, deverá ser colocada areia e outros resíduos similares mais densos que a água para representar a entrada de fezes e outros tipos de resíduos na rede de esgoto. A foto abaixo apresenta um saco com areia de rio, sugerida para o experimento por não ser tão grossa, de modo que os grãos consigam circular por dentro da borracha.

A ideia é que à medida que que o tempo passa a areia acumulará na tubulação atrapalhando a vazão da água até o momento que não haverá mais vazão. E com a colocação (“construção”) de mais prédios e o diâmetro da tubulação do esgoto não mudando, a tendência é o entupimento completo da mesma. A figura abaixo mostra o arranjo completo ao final do experimento.

Vídeos sugeridos para os alunos:

- vazão volumétrica 1 - https://www.youtube.com/watch?v=v1-I0REN2_Y

- vazão volumétrica 2 - https://www.youtube.com/watch?v=2ahlnmeDBfk

- vazão com areia - https://www.youtube.com/watch?v=qs_grTXd7Ts

Tema de casa:

Assistir ao filme Godzilla (1998) e fazer uma redação sobre como são os esgotos da cidade de Manhattan no filme.

Aulas 5 e 6 – Esgoto residencial e predial

Na quinta aula a turma irá conhecer, a partir de textos ou vídeos, qual é o caminho do esgoto quando não existe rede pública, que é o caso de residências em zonas rurais ou em locais afastados, e também qual é percurso do esgoto quando existe rede pública de recolhimento do esgoto.

Fonte: http://www.jrrio.com.br/construcao/instalacoes/esgoto.html

Fonte: https://blogdaengenharia.com/o-percurso-esgoto-uma-coleta-que-voce-nao-ve/

Após a leitura e discussão dos textos/vídeos ou de uma conversa com um engenheiro, a classe formará grupos de quatro e cada grupo deverá organizar informações para a construção de uma maquete em que será mostrada a rede de esgoto de um prédio específico (alto, ou histórico, ou comercial, ou famoso) ou de uma casa ou, ainda, de um conjunto de prédios e casas (bairro ou rua), cuja coleta vai para a rede pública.

A partir da definição do projeto de maquete, cada grupo deverá fazer pesquisas sobre os elementos que constituirão a rede de esgotos. A maquete deverá apresentar a edificação, bem como o que está debaixo da terra (canos, caixa de gordura, fossa, etc.).

A sexta aula deverá ser planejada para ocorrer duas semanas depois da quinta aula, ou com intervalo que dê o tempo necessário para os alunos pesquisarem e construírem as maquetes. Nela, cada grupo deverá apresentar para a turma as características da sua maquete.

Após a apresentação dos grupos, será dado por encerrado o projeto, ficando a critério do professor decidir como será feita a avaliação e a análise dos resultados quanto ao retorno dos alunos sobre ao tema proposto.

Indicações de leituras:

Instalações de esgoto

http://www.jrrio.com.br/construcao/instalacoes/esgoto.html

O percurso do esgoto: uma coleta que você não vê

https://blogdaengenharia.com/o-percurso-esgoto-uma-coleta-que-voce-nao-ve/

Características físicas dos esgotos domésticos (fonte: http://abes-es.org.br/drupalBU/sites/default/files/arquivos/1_modulo_-_caracteristicas_de_esgotos_e_normas.pdf , que cita como fonte: von Sperling, Marcos _ Princípio do trat. Biológico de águas resid.;v.1)