Uma calha mal dimensionada, ou seja, calculada de maneira inadequada às condições do telhado e do local, não só não cumprirá com sua função, como poderá transbordar e levar a água da chuva para dentro da casa.
Esse é um problema particularmente ruim nas calhas “embutidas”, pois a água que transborda da calha não tem para onde escoar e vai inevitavelmente infiltrar pelo telhado.
Como então deve ser feito o cálculo da calha e dos condutores? Descubra a seguir todos os detalhes que devem ser levados em consideração no projeto da sua calha.
1º passo – Determinar a chuva de projeto
O primeiro passo para se dimensionar uma calha é calcular a quantidade de chuva que o telhado irá receber. Isso varia em função de diversos fatores: clima, estação do ano, localização geográfica.
Intensidade da chuva
Utilizamos como parâmetro a quantidade de chuva registrada em anos anteriores, conhecida como cartas pluviométricas. Os registros indicam o índice pluviométrico de cada localidade, ou seja, a quantidade total de água que caiu em 1 metro quadrado em determinado período de tempo, geralmente um ano, medida em milímetros.
Porém, para o cálculo de calha, o mais importante não é a quantidade total ao longo de um ano ou de uma estação, mas a intensidade da chuva. Isso quer dizer, a quantidade de água por segundo, minuto ou hora, pois é nas situações de chuvas intensas que a calha chega no limite de seu funcionamento.
Mesmo em regiões de poucas chuvas como no nordeste brasileiro, por exemplo, a chuva, quando ocorre, pode ter uma intensiade pluviométrica tão grande quanto uma chuva em São Paulo.
Período de retorno
As chuvas são fenômenos cíclicos e podem ter padrões de ocorrência em certos períodos de tempo. O ciclo mais conhecido é o ciclo anual, com chuvas mais abundantes em determinada estação do ano. Porém, existem outros ciclos, como o quinquenal, o decenal, o secular, o milenar, o decamilenar etc.
Quanto maior o período de tempo considerado, maior o potencial catastrófico das chuvas. Por exemplo, uma chuva anual pode ter uma intensidade de 122 milímetros/hora, enquanto que uma chuva quinquenal, 167 milímetros/hora, e uma de 25 anos, 227 milímetros/hora.
Em obras muito importantes, como em usinas hidrelétricas, o período de retorno adotado para os cálculos é o decamilenar, isto é, estuda-se a pluviometria para um período de dez mil anos.
Para uma residência, leva-se em consideração o estrago que uma chuva muito intensa, acima do que costuma ocorrer, pode causar. Um bom dimensionamento garante que nem uma chuva de cem anos vai causar um transbordamento da calha.
Cuidado com valores de referência desatualizados
Algumas cartas pluviométricas foram elaboradas há muito tempo, em uma época em que não se conheciam os fenômenos climáticos que conhecemos hoje. Um exemplo disso são os valores adotados na norma brasileira NBR-10844, de 1989. Veja a tabela abaixo com os valores para a cidade do Rio de Janeiro:
| Região | INTENSIDADE PLUVIOMÉTRICA (milímetros por hora) | ||
|---|---|---|---|
| PERÍODO DE RETORNO (anos) | 1 | 5 | 25 |
| Bangu | 122 | 156 | 174 |
| Ipanema | 119 | 125 | 160 |
| Jacarepaguá | 120 | 142 | 152 |
| Jardim Botânico | 122 | 167 | 227 |
| Praça XV | 120 | 174 | 204 |
| Praça Saenz Peña | 125 | 139 | 167 |
| Santa Cruz | 121 | 132 | 172 |
Hoje conhecemos melhor o ciclo de chuvas. Sabemos que as chuvas mais fortes têm origem na Amazônia e que fenômenos como o El Niño afetam a distribuição das chuvas no território brasileiro, fazendo com que, em determinado ano, chova mais no sudeste (Rio de Janeiro, Minas e São Paulo) e, em outro ano, chova mais em Santa Catarina e Rio Grande do Sul.
Por isso, se você mora em uma casa no Jacarepaguá, cujo telhado foi dimensionado para a intensidade pluviométrica de 152 milímetros/hora pode, perfeitamente, ser surpreendido por uma chuva de 227 milímetros/hora que, quando vier, não vai chover apenas no Jardim Botânico, mas na cidade toda.
O cálculo deve, então, utilizar valores mais compatíveis com a realidade atual, geralmente maiores do que preconiza a norma. O engenheiro ou arquiteto deve descrever no memorial descritivo do projeto as razões para a adoção desses valores.
Valor padronizado para o território nacional
Baseado em mais de 40 anos de trabalho, o engenheiro Watanabe chegou a um valor que assegura o escoamento adequado das águas da chuva na maioria dos casos de dimensionamento de calhas e condutores no território brasileiro, em um período de 100 anos.
0,067 litros/segundo/m² = 4,02 litros/minuto/m² = 244 milímetros/hora/m²
Antes de utilizar o valor proposto acima, consulte a intensidade pluviométrica da região na norma NBR-10844 para se avaliar se a região se compara com outras regiões do país. Para um valor mais preciso, consulte o serviço de meteorologia mais próximo. Com dados de pelo menos 50 anos de medição, peça a um técnico especializado em Hidrologia uma simulação.
2º passo – Determinar os pontos de descida
Os pontos de descida são os locais onde estarão posicionados os condutores que irão levar a água acumulada sobre a calha para baixo. A escolha desses pontos deve levar em consideração o espaço disponível e devem ser livres de interferências como janelas, portas, antenas etc.
Se o telhado se encontra próximo de árvores ou em áreas com prédios altos, é conveniente considerar no projeto a possibilidade de entupimento da calha ou dos condutores por folhas ou outros objetos que eventualmente podem ser trazidos pelo vento (embalagens plásticas, papel, roupas).
Veja no esquema acima que podemos colocar três condutores de descida nos espaços entre as janelas/porta.
Observe que, dessa forma, o telhado ficou dividido em duas áreas e a calha, em duas partes (calha 1 e calha 2). A calha 1 recebe água de um telhado medindo 7,20 X 8,00 metros (área 1) e a calha 2, 4,50 X 8,00 metros (área 2).
A calha 1 tem dois condutores de descida (condutor 1 e condutor 2). No esquema acima, a mesma quantidade de água corre para cada lado da calha 1, dando origem a uma mesma vazão chegando em cada um dos condutores (V1). No entanto, é possível direcionar diferentes quantidades de água para cada condutor alterando o caimento (inclinação) da calha 1.
Vamos supor que o condutor 2 escoe a água diretamente sobre o piso. Observe que ele se encontra bem próximo a uma porta. Dessa forma, é de se imaginar que um condutor desaguando uma grande quantidade de água nesse local seja indesejável, pois é um ponto de passagem de pessoas. Nesse caso, seria mais adequado direcionar uma maior proporção da água recebida pela calha 1 para o condutor 1.
Para este passo a passo, vamos considerar que a vazão que corre para cada condutor corresponde a metade do total de água recebido pela calha.
3º passo – Cálcular o volume de chuva por trechos do telhado
A escolha dos pontos de descida separa o telhado em diferentes áreas. Sabendo o valor de cada área de telhado, é possível saber a quantidade de água que cada trecho de calha receberá, bem como a vazão que corre para cada condutor.
A vazão é calculada pela fórmula:
V = I x A
V = vazão total da calha (litros/segundo)
I = intensidade da chuva (adotamos o valor padronizado de 0,067 litros/segundo/m²)
A = área do telhado (m²)
Lembre que V1 (bem como V2) corresponde a cada um dos dois fluxos correndo em sentidos opostos dentro da calha, pois temos dois pontos de descida (dois condutores).
Então, para a calha 1, temos:
V1 = 0,067 x (8,00 x 7,20) / 2 = 1,93 litro/segundo = 116 litros/minuto
V1 = 116 litros/minuto
Para a calha 2, realizamos o mesmo cálculo:
V2 = 0,067 x (8,00 x 4,50) / 2 = 1,21 litro/segundo = 73 litros/minuto
V2 = 73 litros/minuto
4º passo – Dimensionar as calhas
Neste passo, vamos definir o modelo e o tamanho da calha a ser utilizado. Essa escolha se faz em função das características arquitetônicas do edifício e da capacidade de vazão da calha.
Os modelos mais comuns são a calha retangular e a semicircular:
Quanto ao tamanho, devemos avaliar se a capacidade de vazão que o modelo oferece é compatível com a vazão que calculamos anteriomente. A norma NBR-10844 dá as vazões para um caimento de 2% para ambos os tipos de calha:
| Calha retangular | Calha semicircular | |||
|---|---|---|---|---|
| LARGURA L (centímetros) | ALTURA H (centímetros) | VAZÃO Q (litros/minuto) | DIÂMETRO (milímetros) | VAZÃO Q (litros/minuto) |
| 15 | 7 | 375 | 100 | 348 |
| 20 | 10 | 886 | 150 | 1.026 |
| 30 | 15 | 2.612 | 200 | 2.209 |
| 40 | 20 | 5.625 | 250 | 4.005 |
No nosso exemplo, sabemos que a calha 1 precisa ter a capacidade de conduzir a vazão V1, que é de 116 litros/minuto. Consultando a tabela acima, vemos que uma calha semicircular com um diâmetro de 100 milímetros é mais do que suficiente, pois tem uma capacidade de até 348 litros/minuto, permitindo uma folga de mais de 200%.
Da mesma forma, sabemos que a calha 2 precisa ter a capacidade de conduzir a vazão V2, que é de 73 litros/minuto, ainda dentro da capacidade máxima de 348 litros/minuto para a mesma calha de 100 milímetros de diâmetro.
Prevendo entupimentos
Agora vamos imaginar um entupimento dos condutores 1 e 3. Nesse cenário, toda a água que cai sobre o telhado durante uma chuva terá de ser escoada pelo condutor 2. A vazão total das calhas se dá pelo seguinte cálculo:
Vt = (V1 + V1) + (V2 + V2)
ou
Vt = 2 x (V1 + V2)
No nosso exemplo, a vazão total será de 2 x (116 + 73) = 378 litros/minuto, que é superior à vazão suportada pela calha escolhida de 100 milímetros de diâmetro. Com uma vazão dessas, a água recolhida poderá transbordar.
Aumentando apenas 20 milímetros no diâmetro da calha semicircular (120 milímetros), sua capacidade aumenta em 38 litros/minuto, totalizando 386 litros/minuto, ou seja, suficiente para a vazão total de 378 litros/minuto considerada nesse exemplo.
5º passo – Dimensionar os condutores de descida (tubos de queda)
A última etapa é dimensionar os tubos de queda. O correto dimensionamento dos condutores é necessário para o bom funcionamento da calha, pois é através deles que deve passar toda a água recolhida do telhado. Como veremos a seguir, não basta haver um “buraco” na calha. Os condutores são componentes essenciais para que o escoamento da água da calha ocorra de maneira eficaz.
Regimes de escoamento
Veja esses três regimes de escoamento que se formam no bocal da calha:
Nos regimes de escoamento acima, a água escoa em tubo aberto, com ar entrando no tubo junto com a água. Do ponto de vista da Hidráulica, o bocal funciona como um orifício de pequenas dimensões, e a vazão que passa pelo orifício pode ser calculada por uma fórmula:
A partir dessa fórmula, podemos criar uma tabela com os valores de vazão em função do diâmetro e da altura do tubo. Observe que, quanto mais longo é o tubo, maior será a vazão.
| D = 100 mm | D = 75 mm | |
|---|---|---|
| H (cm) | Q litros/min | Q litros/min |
| 1 | 500 | 282 |
| 2 | 708 | 398 |
| 3 | 867 | 488 |
| 4 | 1.001 | 563 |
| 5 | 1.119 | 630 |
| 6 | 1.226 | 690 |
| 7 | 1.324 | 745 |
| 8 | 1.415 | 797 |
| 9 | 1.501 | 845 |
| 10 | 1.583 | 891 |
Regime de escoamento afogado
Quando a água da calha tem volume suficiente para cobrir todo o bocal de descida, o escoamento passa para o regime afogado. A água que escoa nesse regime exerce uma força de sucção sobre a água que ainda está na calha. Essa força depende do comprimento do tubo (L) e da altura da lâmina da água na calha (H).
No regime de escoamento afogado, não existe uma fórmula simples para calcular a vazão. Os parâmetros envolvidos são determinados de forma experimental ou por meio de nomogramas.
Definindo as dimensões do tubo de descida
A norma NBR-10844 fornece os nomogramas do tubo de queda no regime afogado para facilitar a determinação dos parâmetros necessários para o dimensionamento dos condutores:
Eixo horizontal (litros/minuto): vazão do tubo
Curva H (milímetro): altura da lâmina de água na calha
Curva L (metro): comprimento do tubo
À primeira vista, os nomogramas parecem bastante complicados. Veja a seguir alguns exemplos de como utilizá-los.
Cuidado com soluções alternativas
De acordo com o item 5.6.1 da norma NBR-10844, os condutores verticais devem ser projetados, sempre que possível, em uma só prumada, evitando desvios, curvas, trechos inclinados e horizontais.
Isso porque, para que haja a formação do regime afogado, é necessário que o tubo de queda seja instalado perfeitamente na vertical. Qualquer inclinação favorecerá a formação de um vórtice, que permitirá a entrada de ar no tubo. Sem a sucção do regime afogado, a capacidade de escoamento do condutor fica prejudicada.
Veja abaixo casos em que o escoamento de água pelo condutor não ocorre no regime afogado:
É relativamente comum encontrar casos de transbordamento de calha por condutores assim. O transbordamento da calha leva à inundação de áreas internas do edifício, ocasionando grandes danos aos móveis. Considere sempre instalar pelo menos um condutor vertical, mesmo que seja curto.
Para se ter uma ideia da grande variação da capacidade de escoamento entre diferentes tubos de queda, veja o comparativo a seguir:
Tubos verticais longos tem uma vazão muito superior à de outras soluções.
Grelha
Grelhas e outros objetos instalados na boca do tubo de queda agem contra a formação do afogamento e atrapalham o escoamento. Além disso, as folhas de árvore que caem no telhado podem se prender na grelha e causar seu entupimento.
O ideal é não colocar nada no bocal do tubo de queda. Com um tubo de no mínimo 1,50 metros de comprimento, a força de sucção é tão forte que suga as folhas até o fim do tubo.
Em casas localizadas próximo a floresta e mata, em que há grande quantidade de folhas caindo no telhado, recomendamos não instalar calhas para evitar dores de cabeça no futuro.
