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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
PROJETO FINAL DE CURSO
EXECUÇÃO DE PROJETOS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS UTILIZANDO O CONDUTOR EM AÇO GALVANIZADO À FOGO DENTRO DA
ESTRUTURA EM CONCRETO ARMADO
por
TIAGO ARTUR CAVALCANTI LEMOS
Recife, Dezembro de 2011.
UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
PROJETO FINAL DE CURSO
EXECUÇÃO DE PROJETOS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS UTILIZANDO O
CONDUTOR EM AÇO GALVANIZADO À FOGO DENTRO DA ESTRUTURA EM CONCRETO ARMADO
por
TIAGO ARTUR CAVALCANTI LEMOS
Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Pernambuco, como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
ORIENTADOR: JOSÉ BIONE DE MELO FILHO
Recife, Dezembro de 2011.
© Tiago Artur Cavalcanti Lemos, 2011
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pois ele é quem rege a minha vida.
Aos meus pais Francisco e Severina, ao meu irmão Francisco Júnior e
minha irmã Evanice pelo amor, apoio, exemplo e ensinamento dado a mim
durante toda a minha vida.
Ao meu orientador José Bione de Melo Filho, por ter me apoiado, mesmo
com todas as dificuldades impostas pelo nosso dia a dia.
Agradeço em especial à minha noiva e futura esposa Anna Karoline, pelo
amor e pela compreensão durante todos esses anos em que estamos juntos, e
pela força dada a mim nos momentos mais difíceis, me fazendo nunca desistir
dos meus objetivos.
Resumo da Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica de Pernambuco.
EXECUÇÃO DE PROJETOS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS UTILIZANDO O
CONDUTOR EM AÇO GALVANIZADO À FOGO DENTRO DA ESTRUTURA EM CONCRETO ARMADO
TIAGO ARTUR CAVALCANTI LEMOS
Recife, Dezembro de 2011.
Orientador: José Bione de Melo Filho Área de Concentração: Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA). Número de Páginas: 60.
O presente projeto tem como objetivo apresentar a aplicação do SPDA na forma
Estrutural. É aplicado em edificações novas e possui diversos benefícios como
danos estéticos mínimos à edificação a ser construída e redução de custos totais
na execução do SPDA. Em 1993, a ABNT normatizou o uso em SPDA das
ferragens estruturais das edificações. Entretanto, para que o sistema seja
confiável, é imprescindível garantir a continuidade elétrica dos pilares, vigas e
lajes (conforme item 5.1.2.5.4 da NBR-5419/2005). Como a amarração intencional
dessas ferragens não é o método padrão nas edificações de concreto armado, o
que geraria maiores gastos com o projetista do SPDA para acompanhamento de
toda a concretagem e assim garantir a continuidade elétrica, o mais seguro é a
inclusão de barras adicionais, conhecidas como RE-BARS. Nesse trabalho, será
mostrada a definição do SPDA Estrutural com a utilização das RE-BARS e as
vantagens se for decidido pela aplicação do mesmo, e um estudo de caso,
exemplificando alguns dos procedimentos a serem seguidos para correta
execução, utilizando como base o Anexo D da NBR-5429/2005.
Palavras-chave: Sistema de Proteção; Descarga atmosférica; Raio
LISTA DE FIGURAS Figura 2.1: Modelo eletro geométrico: visualização do R; ação dos raios ........................ 16
Figura 2.2: Mapa de curvas isocerâunicas no Brasil .................................................................. 23
Figura 2.3: Delimitação da área de exposição equivalente (Ae) – Estrutura vista de
planta ............................................................................................................................................................... 24
Figura 2.4: Cone de proteção pelo método de Franklin ............................................................ 31
Figura 2.5: Volume de proteção do captor h≤R ............................................................................ 33
Figura 2.6: Volume de proteção do captor h≥R ............................................................................ 34
Figura 2.7: Exemplo de uma malha de captação ........................................................................ 35
Figura 3.1: Ferragens dentro do concreto ...................................................................................... 37
Figura 3.2: Estaca metálica .................................................................................................................. 38
Figura 3.3: Detalhes do SPDA estrutural ........................................................................................ 41
Figura 4.1: Edificação a ser estudada fachadas noroeste e sudeste .................................. 44
Figura 4.2: Área de exposição da edificação em estudo .......................................................... 45
Figura 4.3: ATERRINSERTS ............................................................................................................... 46
Figura 4.4: Fachadas sudoeste e nordeste .................................................................................... 46
Figura 4.5: Perspectiva da coberta da edificação........................................................................ 47
Figura 4.6: Localização dos pilares da edificação ....................................................................... 49
Figura 4.7: Fundação da edificação / malha de aterramento ................................................. 50
Figura 4.8: Detalhe do quadro de equipotencialização ............................................................. 52
Figura 4.9: Medição da resistência no ensaio de continuidade ............................................. 53
FIGURA 6.1 – COBERTA DO EDIFÍCIO E LOCALIZAÇÃO DAS DESCIDAS ................ 56
FIGURA 6.2 – DETALHES DE AMARRAÇÃO .............................................................................. 57
FIGURA 6.3 – DETALHE DOS CAPTORES .................................................................................. 58
FIGURA 6.4 – DETALHE DAS RE-BARS ....................................................................................... 59
LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: Fator A: Tipo de ocupação da estrutura................................................................... 25
Tabela 2.2: Fator B: Tipo de construção da estrutura ................................................................ 25
Tabela 2.3: Fator C: Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas
atmosféricas ................................................................................................................................................. 25
Tabela 2.4: Fator D: Localização da estrutura .............................................................................. 26
Tabela 2.5: Fator E: Topografia da região ...................................................................................... 26
Tabela 2.6: Espaçamento máximo entre as descidas ................................................................ 28
Tabela 2.7: Bitolas dos condutores .................................................................................................... 28
Tabela 2.8: Espessuras mínimas dos componentes do SPDA para serem usados
como elementos naturais ........................................................................................................................ 29
Tabela 2.9: Seleção do nível de proteção...................................................................................... 30
Tabela 2.10: Ângulo de proteção do método de Franklin ........................................................ 31
Tabela 2.11: Raio de proteção do método eletrogeométrico ................................................. 32
Tabela 2.12: Raio de proteção do método eletrogeométrico ................................................. 33
Tabela 2.13: Dimensões da malha de proteção pelo método de Faraday ........................ 35
7
LISTA DE ABREVIATURAS / SIGLAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR – Norma Brasileira
SPDA – Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas IEC – International Eletroteclimical Comission
RE-BAR – Barra Redonda em Aço Galvanizado a Fogo
ATERRINSERT – Conector com disco em latão e rosca fêmea M12
PPRA – Programa de Prevenção de Riscos Ambientais
PCMSO – Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional
8
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 10
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO........................................................................................................ 11
1.1.1 Objetivo Principal...................................................................................................................... 11
1.1.2 Objetivo Secundário ................................................................................................................ 11
1.2 METODOLOGIA UTILIZADA ......................................................................................................... 11
1.3 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ................................................................................................ 12
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................................................. 13
2.1.1 Generalidade Sobre Raios ................................................................................................... 13
2.1.2 Formação de Cargas ............................................................................................................... 13
2.1.3 Formação de Descargas Atmosféricas ......................................................................... 15
2.1.4 Incidência de Raios .................................................................................................................. 17
2.2 MITOS E CRENDICES ...................................................................................................................... 17
2.3 SPDA ........................................................................................................................................................ 18
2.3.1 Definição ........................................................................................................................................ 18
2.3.2 Níveis e Sua Correta Classificação ................................................................................. 19
2.3.3 Avaliação dos Riscos de Exposição............................................................................... 22
2.3.4 Frequência Admissível de Danos ..................................................................................... 24
2.3.5 Formas de Elaboração ........................................................................................................... 26
2.3.6 Níveis de Proteção ................................................................................................................... 29
2.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO ........................................................................................................... 30
2.4.1 Método de Franklin .................................................................................................................. 30
2.4.2 Método Eletrogeométrico ou Esfera Rolante ............................................................. 31
2.4.2.1 Volume de Proteção um Captor com H≤R .................................................................... 33
2.4.2.2 Volume de Proteção um Captor com H≥R .................................................................... 33
2.4.3 Método Da Gaiola de Faraday ............................................................................................ 34
3. SPDA ESTRUTURAL ............................................................................................................................... 36
3.1 DEFINIÇÃO ............................................................................................................................................ 36
3.2 PROCESSO EXECUTIVO UTILIZANDO AS RE-BARS ................................................... 37
3.2.1 Fundações .................................................................................................................................... 37
3.2.2 Descidas ........................................................................................................................................ 39
3.2.3 Captação ........................................................................................................................................ 40
9
3.2.4 Vantagens do SPDA Estrutural Utilizando o Condutor Adicional Dentro da Estrutura.................................................................................................................................................... 42
3.2.5 Recomendações Para Execução ...................................................................................... 43
4. ESTUDO DE CASO ................................................................................................................................... 44
4.1 AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO.............................................................................. 44
4.2 CRITÉRIOS PARA ELABORAÇÃO DO SPDA ..................................................................... 45
4.2.1 Subsistema de Captação ...................................................................................................... 46
4.2.2 Subsistema de Descida ......................................................................................................... 48
4.2.3 Subsistema de Ateramento ................................................................................................. 49
4.2.4 Equalização de Potencial ...................................................................................................... 51
4.2.5 Ensaio de Continuidade de Armaduras ........................................................................ 52
5. CONCLUSÃO............................................................................................................................................... 54
6. ANEXO – PROJETO DE SPDA ........................................................................................................... 55
FIGURA 6.1 – COBERTA DO EDIFÍCIO E LOCALIZAÇÃO DAS DESCIDAS ............. 56
FIGURA 6.2 – DETALHES DE AMARRAÇÃO ........................................................................... 57
FIGURA 6.3 – DETALHE DOS CAPTORES ............................................................................... 58
FIGURA 6.4 – DETALHE DAS RE-BARS .................................................................................... 59
7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA......................................................................................................... 60
10
1. INTRODUÇÃO
Uma descarga atmosférica é um fenômeno natural que desde o início da
civilização causa temor e danos. A ação de uma descarga atmosférica é
fulminante, ela num curtíssimo espaço de tempo, injeta correntes da ordem de
centenas de kA numa instalação, que caso não tenham nenhum sistema de
proteção, provocam uma série de prejuízos e acidentes, tais como [4]:
Mortes em seres humanos causados tanto pela incidência direta,
como indireta das descargas atmosféricas;
Incêndios em florestas campos e prédios;
Destruição de estruturas, tanques e árvores;
Interferências em sistemas de telecomunicações e de dados;
Acidentes em aviões, embarcações, plataformas de petróleo e
antenas;
Interrupções de fornecimento de energia elétrica.
É importante ressaltar que a despeito do grande número de pesquisas e
estudos realizados durante este século, muito ainda precisa ser esclarecido no
intuito de impedir a ocorrência das descargas atmosféricas. Portanto, até o
momento atual, tem restado apenas fazer estudos sobre sistemas de proteção,
para reduzir ao mínimo as possibilidades de prejuízos, acidentes e danos [4].
Os SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas) vêm
evoluindo anualmente. Contudo deve ser destacado que ainda não se conseguiu
uma proteção completa ou totalmente efetiva para as descargas atmosféricas [4].
Assim como os métodos de proteção estão em constante evolução, sua
forma de executá-los também são alvos de estudos para garantir menores custos
e maior confiabilidade. As normas que regulamentam o SPDA ficaram
adormecidas por aproximadamente 20 anos, quando em 1993 a ABNT
(Associação Brasileira de Normas Técnicas) atualizou tais normas, que formaram
a NBR-5419 e tiveram como referência as normas da IEC-61024 [4].
Com a edição de tal norma, muitos conceitos foram atualizados e novas
técnicas foram desenvolvidas, entre elas a possibilidade do uso de concreto
armado das estruturas.
A norma dispõe de duas opções para tal sistema. A primeira consiste em
simplesmente usar as ferragens do concreto armado como descidas naturais, de
11
modo que haja continuidade dos pilares verticalmente e obedeça à seção mínima
requisitada em norma. A segunda consiste no uso de barras adicionais em aço
galvanizadas a fogo, denominadas RE-BARS, às ferragens existentes, com a
função de garantir a continuidade desde o solo até o topo da edificação.
O uso das ferragens de concreto armado como descidas naturais, pode
acarretar em diversos problemas a serem contornados. A garantia da
continuidade vertical é um dos problemas, pois na construção civil não existe tal
preocupação. Para garantia da continuidade, seria necessário um profissional
especializado durante a execução de toda estrutura, gerando um ônus alto.
Este trabalho consiste em apresentar a problemática da descarga
atmosférica e buscar a melhor solução possível a nível de proteção, e apresentar
a aplicação do SPDA Estrutural utilizando as RE-BARS dentro da estrutura como
melhor solução para edificações a serem construídas.
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO 1.1.1 OBJETIVO PRINCIPAL
Apresentar o uso do SPDA Estrutural na execução de projetos e mostrar as
vantagens de tal aplicação, com o uso da barra adicional em aço galvanizado
para garantir a continuidade entre todos os pilares.
1.1.2 OBJETIVO SECUNDÁRIO
Apresentar a definição e os métodos de proteção contra descargas
atmosféricas;
Apresentar as opções de execução dos projetos de SPDA;
Mostrar com detalhes a definição e execução de um SPDA
Estrutural utilizando barras adicionais em aço galvanizado dentro do concreto
armado;
Realizar um estudo de caso, mostrando a aplicação do SPDA
Estrutural na edificação a ser estudada, e com isso, obter um entendimento
completo sobre tal procedimento.
1.2 METODOLOGIA UTILIZADA
12
Para o desenvolvimento do trabalho, foi realizada uma ampla pesquisa
sobre o assunto em livros, artigos científicos, sites e catálogos de fabricantes,
normas e discussões com profissionais especialistas, e seleção de todo o
conteúdo para reunir os dados mais relevantes sobre o tema.
Os dados coletados foram divididos em capítulos para dar uma melhor
ilustração. De início, o trabalho dar uma ilustração sobre o que é um raio, suas
características e a sua formação até se tornar uma descarga atmosférica.
Após as definições de raio e descarga atmosférica, o trabalho aborda os
métodos de proteção existentes segundo a norma, suas restrições e o modo
correto de como utilizá-los na hora de fazer um projeto.
Após toda abordagem inicial, é mostrada a definição de um SPDA
Estrutural, os procedimentos para sua correta execução e as vantagens de sua
aplicação com a utilização da barra adicional dentro da estrutura.
Procurando simplificar e exemplificar o entendimento, é feito um estudo de
caso, com a elaboração de um projeto de SPDA na forma Estrutural de uma
edificação de utilização pública na cidade de Garanhuns/PE.
1.3 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
O trabalho está organizado em 5 capítulos, da seguinte forma:
No capítulo 2 estão reunidos todos os conceitos necessários ao
entendimento do trabalho, apresentando informações sobre como elaborar um
projeto de SPDA corretamente.
O capítulo 3 aborda os conceitos do SPDA Estrutural, o roteiro para a
elaboração de um projeto de SPDA Estrutural utilizando o condutor adicional
dentro da estrutura e considerações que devem ser feitas para o projeto.
No capítulo 4 é feito um projeto de SPDA estrutural, com a utilização das
RE-BARS dentro as estrutura, exemplificando o que foi visto nos capítulos 2 e 3,
através de um estudo de caso.
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões do trabalho.
13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 RAIOS 2.1.1 GENERALIDADE SOBRE RAIOS
O raio é um fenômeno da natureza que desde os primórdios vem intrigando
o homem, tanto pelo medo provocado pelo barulho, quanto pelos os danos
causados. O raio, em si, é uma corrente elétrica e por isso deverá ser conduzido o
mais rápido possível para o solo, minimizando seus efeitos destrutivos .
Para algumas civilizações primitivas o raio era uma dádiva dos Deuses,
pois com ele quase sempre vem as chuvas e a abundância na lavoura. Para
outras civilizações era considerado como um castigo e a pessoa que morria num
acidente de raio, provavelmente havia irritado os Deuses e o castigo era
merecido. Havia também civilizações que glorificavam o defunto atingido por um
raio, pois ele havia sido escolhido entre tantos seres humanos, com direito a
funeral com honras especiais [3].
Após tantas civilizações o homem acabou descobrindo que o raio é
corrente elétrica e por isso deverá ser conduzida o mais rápido possível para o
solo, minimizando seus efeitos destrutivos.
O primeiro cientista a perceber que se tratava de um fenômeno
Físico/Elétrico, foi Benjamin Franklin (1752), que na época afirmou que após a
colocação de uma ponta metálica em cima de uma casa, esta atrairia os raios
para si e a edificação estaria protegida contra raios, caindo estes na ponta
metálica [3].
Após alguns anos, tomou conhecimento de edificações que tinham sido
atingidas e o raio não havia caído na ponta metálica. Assim sendo, reformulou-se
a teoria e afirmou que a ponta metálica seria o caminho mais seguro para levar o
raio até o solo com segurança caso a ponta seja atingida por um raio.
A partir daí, deu-se início aos estudos para descoberta do melhor meio
para proteção de edificações contra os raios, sendo Gay-Lussac (1850) o pioneiro
nos métodos de proteção, ao criar o cone de proteção para utilização das ponta
metálicas (pára-raios).
2.1.2 FORMAÇÃO DE CARGAS
14
Raio é um fenômeno atmosférico de danos conseqüentes, resultantes do
acúmulo de cargas elétricas em uma nuvem e a conseqüente descarga sobre o
solo terrestre ou sobre qualquer estrutura que seja vulnerável à descarga
atmosférica. Existem várias teorias explicativas do fenômeno, entre as quais as
de Simpson, Elster e Geitel.
Pela teoria de Simpson, durante uma tempestade, há correntes
descendentes de ar com certa umidade, sendo que a certa altura, formam-se
gotas de água, resultante da condensação do vapor d’ água. Estas gotas vão
aumentando de diâmetro até ficarem grandes e caírem por ação da gravidade. Na
queda, juntam-se umas às outras, aumentando de tamanho até se tornarem
instáveis, aproximadamente com o diâmetro de 0,5cm. Então se fragmentam e
libertam íons negativos que, juntando-se às partículas, são arrastados com
violência para a parte superior e bordos da nuvem, em virtude da interferência de
pequenos cristais de gelo ali existentes [3].
Pela teoria de Elster e Geitel, também foi admitida a existência das
correntes ascensionais de ar úmido, formando-se gotas que, quando atingem
certo peso, começam a cair. Considerando-se a superfície da terra
predominantemente negativa, estas gotas grandes encontram-se, em sua queda,
com gotas pequenas em ascensão, fornecendo-lhes cargas positivas e recebendo
a negativa. Assim, a parte superior da nuvem torna-se positiva e a parte inferior,
negativa [3].
Conclui-se que, pelas duas teorias ficou demonstrada que a parte inferior
das nuvens tem cargas predominantemente negativas e a parte superior, cargas
positivas. Aliás, as observações e medições das descargas que caem sobre
linhas de transmissão provam que são nuvens carregadas negativamente.
15
2.1.3 FORMAÇÃO DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
De acordo com o que foi visto anteriormente, o raio se origina da seguinte
forma: as gotículas das nuvens vão se polarizando eletricamente, como uma
imensa quantidade de pilhas, uma conectada a outra em linha, e muitas linhas
lado a lado, concentrando uma grande potência elétrica, que tende a dissipar-se
no seu meio, mas a nuvem está isolada pela distância, pois está flutuando no ar.
A descarga (raio) se dará no momento em que o potencial eletrostático for
suficiente para produzir um caminho ionizado para a potência elétrica trafegar,
rompendo a rigidez dielétrica, ou seja, a resistência natural da camada de ar, à
passagem de corrente. Esta produção de um caminho ionizado baseia-se na
propriedade de prover esta camada de ar de capacidade de conduzir corrente,
através do fornecimento de íons, ou seja, elétrons livres (partículas de carga
elétrica negativa). Este aumento da condutibilidade pode se dar em decorrência
da presença de partículas em suspensão (poluição) ou a própria umidade da
camada de ar.
O rompimento da rigidez dielétrica do ar pode acontecer devido a três
fatores:
Pelo aumento da energia: a nuvem vai acumulando tanta energia,
até o ponto em que a diferença de potencial formada seja tão grande que vença a
distância de isolamento;
Pela diminuição do isolamento: se há algum eventual aumento na
condutividade atmosférica;
Se há encurtamento da distância de isolamento, que ocorre: pela
aproximação de outra nuvem, havendo descarga entre elas ou quando em sua
passagem, a nuvem carregada se aproxima de alguma saliência ou elevação da
superfície da terra.
Com a polarização elétrica da nuvem, a terra sob a nuvem se comporta
também de maneira polarizada, porém de sinal contrário.
A polarização da terra vai acompanhando o deslocamento da nuvem, como
se fosse uma sombra. Em algum momento, o isolamento chega ao seu limite por
excesso de energia da nuvem, melhor condutividade, ou por haver surgido um
16
atalho, (árvore, edifício, casa, antena, torre, pára-raios, etc.) e então ocorre a
descarga elétrica (raio). Esta situação pode ser visualizada na Figura 2.1, onde se
tem a nuvem flutuando no ar, carregada negativamente, o solo abaixo da mesma
reagindo a esta carga de forma oposta, ou seja, positivamente, e uma edificação
que serve de atalho, reduzindo a distância “R” entre a nuvem e o solo,
propiciando o acontecimento da descarga atmosférica, pois a grande tensão
acarretada pelas cargas negativas da nuvem consegue romper a resistência do
ar, com a diminuição da distância entre a mesma e a terra.
Fazendo comparações com os tipos de formações de nuvens existentes, é
possível fazer comparações e definir os tipos de nuvens carregadas existentes.
De acordo com a sua carga, as nuvens podem ser classificadas como:
Nuvens menores com cargas positivas e negativas;
Nuvens com cargas positivas;
Nuvens com cargas negativas;
Nuvens com cargas positivas e negativas não equilibradas.
Figura 2.1: Modelo eletro geométrico: visualização do R; ação dos raios
Fonte: NBR-5419/2005
Neste deslocamento, a carga positiva induzidas vai escalando arvores,
prédios, pessoas, pontes, morros, para raios, carros.
17
A diferença de potencial que se forma entre a nuvem e a terra varia de 10 a
1.000.000kV, sendo que a altura media da nuvem varia de 300 a 5000 metros.
Para baixa diferença de potencial, o ar é um dos melhores isolantes, para
altas diferenças de potencial, até mesmo o ar começa a conduzir eletricidade,
devido à quebra de sua rigidez dielétrica.
2.1.4 INCIDÊNCIA DE RAIOS
Um grande número de raios ocorre principalmente em locais mais
elevados, como árvores isoladas, prédios e torres. Tal fato ocorre porque o
terreno mal condutor e a nuvem formam um grande capacitor.
A enorme diferença de potencial entre a nuvem e o solo provoca a
ionização do ar e o aparecimento de um cheiro adocicado indicando a presença
de ozônio. A ionização do ar diminui a distância de isolação entre a nuvem e o
solo, havendo, portanto, maior probabilidade do raio piloto furar essa camada de
ar, fazendo com que o raio caia nesse terreno isolante (mau condutor).
Como o terreno é isolante, não há condições de escoamento do raio, e
esse tende a se espalhar procurando caminhos de menor resistência.
Em regiões onde há muita precipitação com tempestades, a incidência de
raios também é maior.
2.2 MITOS E CRENDICES
A maioria das crendices é encontrada na zona rural, pois é lá que os
efeitos diretos e indiretos são mais sentidos, devido à falta de proteção natural de
outras estruturas altas (ausência de prédios) e conseqüentemente maior
exposição, devido à densidade populacional menor e à falta de informação,
fazendo com que a criatividade popular seja mais exercitada [2].
O corisco, a machadinha e outros sinônimos fazem o folclore se misturar
com fatos reais.
É comum se encontrar na área rural pessoas que acreditam que talheres
metálicos, espelhos e outros utensílios metálicos, chifre de boi, árvores, cercas
metálicas, etc., atraem os raios.
Não existe nada que comprove a utilização de meios para atrair os raios. O
que acontece na prática é que as estruturas mais altas (árvores, torres, prédios
18
etc.) por estarem mais perto das nuvens são estatisticamente as mais prováveis
de serem atingidas. Isto porque, diminuem a distância entre o solo e a nuvem
reduzindo o dielétrico do ar, aumentando a sua probabilidade estatística de serem
atingidos por uma descarga.
A denominação de machadinha acredita-se que seja atribuída ao material
fundido no solo, devido à descarga direta no solo que tenha ficado acidentalmente
com um formato de machadinha. Algumas pessoas acreditam que as pontas do
chifre do boi possa atrair raios [2].
Um tipo de acidente comum em áreas rurais é a queda de raios nas cercas
ou próximo destas, induzindo nestas sobre tensões que podem viajar longas
distancias até se dissiparem no solo, seja através de aterramento (que porventura
existam) seja através do contato direto de pessoas ou animais com a cerca
provocando morte por tensão de toque.
Essas correntes injetadas no solo, seja por uma descarga direta, sejam
através de uma árvore, um SPDA ou mesmo uma cerca, provocam sobre tensões
superficiais no solo que podem causar desde mal-estar em bípedes, até a morte
de quadrúpedes. Na área rural é comum um raio matar dezenas de cabeças de
gado [2].
As crendices não são privilégios só da área rural, mas também dos centros
urbanos. Nestes, as mais comuns dizem que o sistema de proteção atrai os raios,
que é 100% eficiente e que protege os equipamentos eletrônicos.
2.3 SPDA 2.3.1 DEFINIÇÃO
É um sistema de proteção contra raios que tem como objetivo escoar para
o solo, no caminho mais curto e mais rápido possível os raios que eventualmente
atinjam a edificação onde estão instalados, reduzindo os riscos de vida e de
danos materiais. Um SPDA é constituído pelos sistemas de captação, descidas,
anéis de cintamento (prédios altos) aterramento e equipotencialização.
Obviamente para que isso seja entendível e exequível é necessário a
elaboração prévia de um projeto específico que faça a avaliação de risco,
identifique o nível de proteção, o método de proteção a ser adotado, detalhe o
número de descidas e o seu posicionamento correto, dimensione a malha de
19
aterramento e sua abrangência e as massas metálicas e outras malhas existentes
para que sejam integradas ao SPDA.
Dessa forma, o principal objetivo de um SPDA é a proteção patrimonial e
como conseqüência garantir a segurança das pessoas que estão no interior da
edificação. Apesar do que foi citado, um SPDA nunca poderá garantir uma
proteção de 100% uma vez que se trata de um evento da natureza em que o
homem não tem controle. Pode-se apenas agir preventivamente.
A eficiência da proteção, assim como o custo final da obra, está
diretamente ligada ao nível adotado. Assim, o nível a ser adotado deve ser
criteriosamente definido para evitar sub dimensionamento ou super
dimensionamento. No caso do sub dimensionamento, o projeto ficará fora de
norma e o autor sujeito às penalidades da lei. No caso do super
dimensionamento, o projetista estará apenas aumentando os custos finais à
execução do projeto.
Para citar como exemplo, numa fábrica de explosivos a portaria pode ser
nível três ou quatro (depende da quantidade de pessoas que freqüentam), o
escritório pode ser nível dois de proteção (Tabela 2.9, pág. 28/29). A fábrica e nos
paióis onde o material perigoso é manuseado ou armazenado deverá ser nível um
de proteção e o galpão de sucata pode ser nível quatro de proteção ou até
mesmo dispensar proteção [2].
Se a proteção for dimensionada como sendo nível um para todas as
edificações o custo final da obra será muito maior.
Na elaboração do projeto de SPDA é de suma importância a realização de
visitas técnicas para coletar dados e investigar todo o processo produtivo para
definir os níveis de proteção adequados.
Quanto aos equipamentos eletrônicos, estes são facilmente queimados
pela interferência eletromagnética provocada por um raio que caia a algumas
centenas de metros da sua edificação ou na edificação propriamente dita. Neste
caso, devem ser tomadas medidas eficazes para reduzir as sobretensões a níveis
suportáveis dos equipamentos, podem proteger estes dos efeitos dos raios.
2.3.2 NÍVEIS E SUA CORRETA CLASSIFICAÇÃO
Para o dimensionamento de um SPDA o primeiro passo consiste em
responder a seguinte pergunta: “A edificação precisa ser protegida ou não?”. Para
20
respondê-la, seria necessário fazer o calculo estatístico de necessidade de SPDA,
que será mostrado mais adiante.
A norma cita que, se a edificação for classificada como nível 1 ou 2, já está
evidenciado que precisa ser protegida, porém se for classificada como nível 3 ou
4, então é necessário recorrer ao anexo B da NBR-5419/2005 para fazer uma
verificação. É importante também mencionar que a norma exige que, caso um
SPDA não seja necessário, é obrigatório que o anexo B seja feito e documentado
para que fique efetivamente documentada a não-necessidade e alguém seja
responsável pela decisão da não instalação.
São quatro os níveis de proteção, indo desde o nível 1 (mais rigoroso) até o
nível 4 (menos rigoroso). A classificação correta do nível de proteção é
importantíssima, pois essa escolha irá determinar o rumo do projeto, bem como
os custos de implantação. Na verdade a escolha do nível de proteção é a escolha
de uma relação custo–benefício, uma vez que quanto mais rigoroso for o nível de
proteção mais onerosa será a instalação. Assim, em edificações de maior risco
(risco próprio ou coletivo), a proteção é mais exigente, e de riscos menores a
proteção será menos exigente.
No nível 1 temos materiais perigosos que podem provocar contaminação
de pessoas e meio ambiente ou mesmo explosão, podendo atingir comunidades
próximas. Nesse caso existe o risco próprio da edificação e também existe o risco
de vida coletivo.
No nível 2 o risco maior e de vida, uma vez que se trata de locais com
concentração de pessoas (edifícios comerciais), com possibilidade de gerar
pânico e consequentemente risco de vida.
No nível 3 existe baixo risco de vida e material (edifícios residenciais).
No nível 4 praticamente não existem riscos materiais nem de vida.
Em resumo, fica claro por que nos níveis 1 e 2 a proteção é obrigatória, já
os níveis 3 e 4 deverão ser ponderados através do anexo B para verificar a real
necessidade de proteção.
Outro dado interessante e que a norma cita é que caso o proprietário
queira se sentir seguro, mesmo que a memória de cálculo indique a não-
necessidade, torna-se uma evidência para a instalação do SPDA. Alguns
cuidados devem ser tomados na hora de fazer a classificação do nível de
proteção, uma vez que em indústrias aparentemente inocentes podem existir
21
materiais potencialmente inflamáveis que numa análise superficial podem passar
despercebidos, por exemplo: indústrias que liberem microfibras ou pós de grãos
ou ainda pós de carvão ou coque, sem falar nos solventes ou produtos químicos
que provoquem a liberação de gases perigosos quando entram em reação
química com outros produtos.
Todos esses riscos podem fazer com que a classificação do nível de
proteção tenha que ser repensada. É sempre recomendável fazer visitas técnicas
no local, para, além de fazer os testes da resistividade do solo (exigidos na
norma), seja feita uma avaliação bem criteriosa dos riscos.
Outro dado importante é que ao longo do tempo o cliente pode mudar as
atividades dentro da edificação, e nas vistorias anuais deverá ser checada a
necessidade de adaptação do SPDA ou não, de acordo com a utilização atual.
Outra questão interessante é em relação à classificação de algumas
estruturas que parecem óbvias, mas não são. Exemplo: a caixa d’água de uma
empresa que nível de proteção será? E se essa caixa d’água for parte integrante
do processo produtivo, cuja parada devido a um raio possa trazer prejuízos
enormes? Ou no caso de uma caixa d’água que alimenta uma comunidade? Ou
mesmo uma caixa d’água de incêndio? Pode ser visto que, dependendo de quem
faz a analise, o nível pode ir de 4 para 1, dependendo da responsabilidade dessa
estrutura.
A mesma situação pode acontecer, por exemplo, numa indústria de
explosivos. Aparentemente trata-se de uma indústria de nível 1. Mas se a
empresa estiver dentro das normas do exército quanto ao armazenamento de
explosivos, as edificações de apoio, tais como escritórios, portarias, vestiários,
refeitórios, não são nível 1, uma vez que por lei não podem ter materiais
explosivos em seu interior. Possivelmente o galpão e os paióis seja nível 1, mas
as demais edificações talvez seja nível 2, 3 ou 4. A classificação correta por
edificação pode trazer redução dos custos expressivos na implantação do sistema
[2].
No caso de edificações de uso misto (residencial e comercial) ou casos
duvidosos, deverá ser adotado sempre o nível mais rigoroso. Se, por exemplo,
uma edificação for classificada como nível 3 quando na verdade deveria ser nível
1 e ocorra um acidente, a perícia poderá determinar que aconteceu um erro de
22
projeto, ou seja, nível de proteção inadequado com o risco da edificação
classificada como ato de negligência [2].
Se a edificação era de nível 3 e foi protegida como nível 1, não houve
negligência,apenas a proteção foi superdimensionada, gastando mais dinheiro do
cliente do que eventualmente seria necessário. Por isso é importante não cometer
erros e fazer uma ponderação correta antes de atribuir o nível de proteção [2].
2.3.3 AVALIAÇÃO DOS RISCOS DE EXPOSIÇÃO
A probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio em um ano é o
produto da densidade de descargas atmosféricas para a terra pela área de
exposição equivalente da estrutura.
A densidade de descargas atmosféricas para a terra (Ng) é o número de
raios para a terra por km² por ano. O valor de Ng para uma determinada região
pode ser estimada pela seguinte equação:
Ng = 0,04*(Td)^1,25 [por km²/ano] (2.1)
Onde Td é o número de dias de trovoada por ano, obtido de mapas
isocerâunicos.
23
Figura 2.2: Mapa de curvas isocerâunicas no Brasil Fonte: NBR-5419/2005
A área de exposição equivalente (Ae), é a área, em metros quadrados, do
plano da estrutura prolongada em todas as direções, de modo a levar em conta
sua altura. Os limites da área de exposição equivalente estão afastados do
perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no
ponto considerado. Seu valor é determinado pela seguinte equação:
Ae = LW + 2LH + 2WH + π* H² [m²] (2.2)
Assim, para uma estrutura retangular simples de comprimento L, largura W
e altura H, a área de exposição equivalente tem um comprimento L +2H e uma
largura W + 2H, com quatro cantos arredondados formados por segmentos de
círculo de raio H, em metros, conforme a figura 2.3.
24
Figura 2.3: Delimitação da área de exposição equivalente (Ae) – Estrutura vista de
planta. Fonte: NBR-5419/2005
A freqüência média anual previsível (Nd) de descargas atmosféricas sobre
uma estrutura é determinada por:
Nd = Ng* Ae* 10^-6 [por ano] (2.3)
2.3.4 FREQUÊNCIA ADMISSÍVEL DE DANOS
Para a freqüência média anual admissível de danos (Nc) valem os
seguintes limites, reconhecidos internacionalmente e os seus fatores coletados
pelas Tabelas 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 e 2.5.
a) Riscos maiores que 10^-3 (isto é, 1 em 1 000) por ano são
considerados inaceitáveis;
b) Riscos menores que 10^-5 (isto é, 1 em 100 000) por ano são, em
geral, considerados aceitáveis.
Nas tabelas 2.1 a 2.5, são fornecidos os principais fatores importantes para
que se possam obter parâmetros e determinar se uma edificação necessita ou
não da aplicação do SPDA.
25
Tipo de ocupação Fator A Casas e outras estruturas de porte equivalente 0,3 Casas e outras estruturas de porte equivalente com antena externa 0,7 Fábricas, oficinas e laboratórios 1,0
Edifícios de escritórios, hotéis e apartamentos, e outros edifícios residenciais não incluídos abaixo 1,2
Locais de afluência de público (por exemplo: igrejas, pavilhões, teatros, museus, exposições, lojas de departamento, correios, estações e aeroportos, estádios de esportes) 1,3
Escolas, hospitais, creches e outras instituições, estruturas de múltiplas atividades 1,7
Tabela 2.1: Fator A: Tipo de ocupação da estrutura. Fonte: NBR-5419/2005
Tipo de construção Fator B
Estrutura de aço revestida, com cobertura não-metálica* 0,2 Estrutura de concreto armado, com cobertura não-metálica 0,4 Estrutura de aço revestida, ou de concreto armado, com cobertura metálica 0,8
Estrutura de alvenaria ou concreto simples, com qualquer cobertura, exceto metálica ou de palha 1,0
Estrutura de madeira, ou revestida de madeira, com qualquer cobertura, exceto metálica ou de palha 1,4 Estrutura de madeira, alvenaria ou concreto simples, com cobertura metálica 1,7 Qualquer estrutura com teto de palha 2,0
*Estruturas de metal aparente que sejam contínuas até o nível do solo estão excluídas desta tabela, porque requerem apenas um subsistema de aterramento.
Tabela 2.2: Fator B: Tipo de construção da estrutura. Fonte: NBR-5419/2005
Conteúdo da estrutura ou efeitos indiretos Fator C
Residências comuns, edifícios de escritórios, fábricas e oficinas que não contenham objetos de valor ou particularmente suscetíveis a danos 0,3
*Estruturas industriais e agrícolas contendo objetos particularmente suscetíveis a danos 0,8
Subestações de energia elétrica, usinas de gás, centrais telefônicas, estações de rádio 1,0
Indústrias estratégicas, monumentos antigos e prédios históricos, museus, galerias de arte e outras estruturas com objetos de valor especial 1,3 Escolas, hospitais, creches e outras instituições, locais de afluência de público 1,7 *Instalação de alto valor ou materiais vulneráveis a incêndios e às suas conseqüências.
Tabela 2.3: Fator C: Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosféricas.
Fonte: NBR-5419/2005
26
Localização Fator D
Estrutura localizada em uma grande área contendo estruturas ou árvores da mesma altura ou mais altas (por exemplo: em grandes cidades ou em florestas) 0,4
Estrutura localizada em uma área contendo poucas estruturas ou árvores de altura similar 1,0
Estrutura completamente isolada, ou que ultrapassa, no mínimo, duas vezes a altura de estruturas ou árvores próximas 2,0
Tabela 2.4: Fator D: Localização da estrutura. Fonte: NBR-5419/2005
Topografia Fator E
Planície 0,3 Elevações moderadas, colinas 1,0 Montanhas entre 300 m e 900 m 1,3 Montanhas acima de 900 m 1,7
Tabela 2.5: Fator E: Topografia da região. Fonte: NBR-5419/2005
Após feita a avaliação das estruturas, que em muitos casos é uma tarefa
complicada, chega-se ao resultado.
Se o resultado obtido for consideravelmente menor que 10^-5 (1 em 100
000) e não houver outros fatores preponderantes, a estrutura dispensa proteção.
Se o resultado obtido for maior que 10^-5, por exemplo, 10^-4 (1 em 10 000),
devem existir razões bem fundamentadas para não instalar um SPDA.
2.3.5 FORMAS DE ELABORAÇÃO
O SPDA é formado de vários componentes que fazem canalizar essa
energia até o solo; dentre os quais destacam-se:
Captação: a) Tem a função de receber as descargas que vem do topo da edificação e
distribuir pelas descidas;
b) São compostas por elementos metálicos, como mastros ou condutores
com os seus devidos tamanhos decorrentes do dimensionamento de cada
edificação.
Descidas: a) Recebem as correntes oriundas das descargas atmosféricas que são
distribuídas pela captação onde são descarregadas até o solo. Nas edificações
27
com altura superior a 20 metros tem a função de receber as descargas laterais,
assumindo também a função de captação devendo os condutores serem
dimensionados para tal descarga;
b) No nível do solo as descidas deverão ser interligadas com cabo de cobre
nú com seção de 50mm² (no mínimo).
Anéis de cintamento: Os anéis de cintamento assumem duas importantes funções:
a) A Primeira é equalizar os potenciais de descidas minimizando assim o
campo elétrico dentro da edificação;
b) a Segunda é receber descargas laterais e distribuí-las pelas descidas.
Neste caso também deverão ser dimensionadas como captação.
Sua Instalação devera ser executada a cada 20 metros de altura
interligando todas as descidas.
Aterramento: a) Recebe as correntes elétricas das descidas no solo;
b) tem também a função de equalizar os potenciais das descidas e os
potenciais no solo, devendo ter preocupação com os locais de freqüência de
pessoas, minimizando as tensões de passo nestes locais;
c) para um bom dimensionamento da malha de aterramento é
imprescindível a execução de uma prospecção da resistividade do solo
previamente.
Equalização de potenciais internos: a) A equalização dos potenciais de todas as estruturas e massas metálicas
que poderão provocar acidente às pessoas, faiscamentos ou explosões;
b) no nível do solo e dos anéis de cintamento (cada 20 metros de altura),
devem ser equalizados os aterramentos de aparelhos eletrônicos, de elevadores
(inclusive trilhos metálicos), tubulações metálicas de incêndio, gás (inclusive o
piso da casa de gás), água fria, água quente, recalque, etc.;
28
c) para tal deverá ser definido, uma posição estratégica para instalação de
uma caixa de equalização de potenciais que deverá ser interligada à malha de
aterramento e interligando as diferentes prumadas metálicas já mencionadas.
Para prédios as diversas LEP’s (Ligações Equipotenciais Principais), devem ser
interligadas através de uma prumada específica de cabo de cobre com seção de
16 mm2;
d) a ligação da caixa de equalização bem como as tubulações metálicas
poderá ser executada com cabo de cobre de seção 16 mm² antes da execução do
contra piso dos apartamentos localizados nos níveis dos anéis de cintamento. A
amarração das diferentes tubulações metálicas poderá ser executada por fita
perfurada estanhada (bi metálica) que possibilita a conexão com diferentes tipos
de metais e diâmetros variados, diminuindo também a indutância do condutor
devido à sua superfície chata.
As tabelas 2.6 e 2.7 mostram, respectivamente, o espaçamento máximo
entre as descidas e a bitola mínima dos condutores na elaboração de um SPDA.
Nível de proteção Espaçamento máximo entre as descidas (m)
I 10
II 15
III 20
IV 25
Tabela 2.6: Espaçamento máximo entre as descidas. Fonte: www.spda.com.br
Nível de Proteção
MATERIAL
CAPTAÇÃO DESCIDAS
H até 20mt H>20mt
ANEIS
DE
CINTAMENTO
ATERRAMENTO Equalizações
Alta Corrente
Equalizações
Baixa corrente
Cobre 35 16 35 35 50 16 6
I a IV Alumínio 70 25 70 70 -- 25 10
Aço Galv. A Fogo
50
3/8” (*)
50
3/8” (*)
50
3/8” (*)
50
3/8” (*)
80
7/16” (*)
50
16
Unidades mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2
Tabela 2.7: Bitolas dos condutores. Fonte: www.spda.com.br
29
Obs. : As bitolas acima se referem á seção transversal dos condutores em mm2 . G.F. = galvanizado a fogo (quente). (*) – Cordoalha Galvanizada a fogo tipo SM 7 fios
A NBR-5419/2005 cita alguns elementos que podem ser utilizados como
captores, descidas e aterramentos naturais, desde que obedeçam aos requisitos
mínimos da norma.
Por exemplo, telhas metálicas podem ser utilizadas como captores
naturais, desde que tenha a espessura mínima de 0,5mm, lembrando que a
maioria das telhas comerciais tem a espessura de 0,43mm, não atendendo ao
requisito mínimo.
A tabela 2.8 mostra as espessuras mínimas para componentes a serem
utilizados como elementos naturais de um SPDA.
Material Captores Descidas Aterramento
NPQ NPF PPF
Aço galvanizado a quente 4 2.5 0,5 0,5 4
Cobre 5 2.5 0,5 0,5 0,5
Alumínio 7 2.5 0,5 0,5 --
Aço Inox 4 2.5 0,5 0,5 5
Unidade: mm NPQ - não gera ponto quente
NPF - não perfura PPF - pode perfurar
Tabela 2.8: Espessuras mínimas dos componentes do SPDA para serem usados como elementos naturais.
Fonte: www.spda.com.br
2.3.6 NÍVEIS DE PROTEÇÃO A NBR-5419/2005 define quatro níveis de proteção, relacionados na tabela
2.9:
TIPO DE EDIFICAÇÃO NÍVEL DE PROTEÇÃO
Edificações de explosivos , Inflamáveis, Indústrias Químicas , Nucleares , Laboratórios bioquímicos , Fábricas de munição e
fogos de artifício , Estações de telecomunicações usinas Elétricas , Indústrias com risco de incêndio ,Refinarias, etc.
NÍVEL I
Edifícios Comerciais, Bancos , Teatros , Museus , Locais arqueológicos , Hospitais , Prisões , Casas de repouso , Escolas
30
, Igrejas , Áreas esportivas NÍVEL II
Edifícios Residenciais ,Indústrias, Casas residenciais ,
Estabelecimentos agropecuários e Fazendas com estrutura em madeira.
NÍVEL III
Galpões com sucata ou de conteúdo desprezível , Fazendas e Estab.Agrop. com estrut. em madeira
NÍVEL IV
Tabela 2.9: Seleção do nível de proteção Fonte: www.spda.com.br
2.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO Até 1993, a norma NB-165 apenas considerava o método Franklin com 60
graus de abertura do ângulo de proteção para todas as edificações, exceto nas
áreas classificadas onde se usava 45 graus. A NBR-5419 surgiu no Brasil em
1993 tendo como fundamento a IEC62305. Nesta data, além do tradicional
Método Franklin foram acrescentados o método Eletrogeométrico (Esfera
Rolante) e Gaiola de Faraday.
2.4.1 MÉTODO DE FRANKLIN
É composto por um ou mais captores de quatro pontas, montado sobre
mastro cuja altura deve ser calculada conforme as dimensões da edificação,
podendo haver vários em um sistema de pára-raios.
Este método é baseado na proposta inicial de Franklin e tendo várias
propostas de alteração quanto ao ângulo de proteção.
A sua abrangência de proteção é formada pelo cone formado em torno do
eixo vertical de um triangulo retângulo com a hipotenusa, mostrado na figura a
seguir:
31
Figura 2.4: Cone de proteção pelo método de Franklin
A fórmula para obtenção do raio, como mostra a figura 4, é:
R=tg do ângulo*H (2.4)
O ângulo de proteção, de acordo com o nível de segurança, é mostrado na
tabela a seguir:
Nível de proteção
Altura da estrutura a ser protegida 0 a 20m 21 a 29m 30 a 44m 45 a59m
I 25° A A A
II 35° 25° A A
III 45° 25° 25° A
IV 55° 45° 35° 25°
Tabela 2.10: Ângulo de proteção do método de Franklin
A = aplicar Gaiola de Faraday ou Esfera Rolante, pois a estrutura está
sujeita à descargas laterais.
Caso exista mais de um captor no projeto, deve-se ser acrescentado 10°
ao ângulo de proteção.
2.4.2 MÉTODO ELETROGEOMÉTRICO OU ESFERA ROLANTE
É baseado em estudos feitos a partir de registros fotográficos, da medição
dos parâmetros dos raios, dos ensaios em laboratórios de alta tensão, do
emprego das técnicas de simulação e modelagem matemática. Surgiu
inicialmente para as linhas de transmissão e foi depois simplificado para aplicação
às estruturas.
No modelo eletrogeométrico, supõe-se que o líder descendente caminha
na direção vertical em direção a terra em degraus dentro de uma esfera cujo raio
32
depende da carga da nuvem ou da corrente do raio e será desviado de uma
trajetória por algum objeto aterrado.
A descarga se dará no ponto em que a esfera tocar esse objeto ou na terra,
aquele que ocorrer primeiro.
O raio da esfera R, é denominado distância de atração ou distância de
disrupção. R é a distância entre o ponto de partida do líder ascendente e a
extremidade do líder descendente é o parâmetro utilizado para posicionar os
captores segundo o modelo eletrogeométrico. Seu valor é dado por:
R = 10 x Imáx^ 0,65 [metros] (2.5)
Sendo Imáx o valor de crista máximo do primeiro raio negativo, em
quiloampéres.
Para aplicação às estruturas são admitidas algumas hipóteses
simplificadoras relacionadas a seguir:
Somente são consideradas as descargas negativas iniciadas
nas nuvens;
O líder descendente é vertical e sem ramificações;
As descargas se dão em uma esfera de raio igual à distância
de atração;
A descarga final se dá para o objeto aterrado mais próximo,
independente de sua massa ou condições de aterramento;
As hastes verticais e os condutores horizontais têm o mesmo
poder de
atração;
A probabilidade de ser atingida a terra ou uma estrutura
aterrada é a mesma.
Embora tais hipóteses se afastem um pouco da realidade, o modelo
continua válido se seguidos às orientações da norma.
A NBR-5419/2005 fixa os seguintes valores de R em correspondência aos
níveis de proteção:
Nível de proteção I II III IV Raio da esfera (m) 20 30 45 60
Tabela 2.11: Raio de proteção do método eletrogeométrico. Fonte: NBR-5419/2005
33
A tabela abaixo mostra os valores de Imáx em função de R
Nível de proteção R (m) Imáx (kA) I 20 3
II 30 5 III 45 10
IV 60 15 Tabela 2.12: Raio de proteção do método eletrogeométrico.
Fonte: NBR-5419/2005
2.4.2.1 VOLUME DE PROTEÇÃO UM CAPTOR COM H≤R
Traça-se uma linha horizontal à altura R do solo e um arco de
circunferência de raio R com centro no topo do captor. Em seguida, com centro no
ponto de interseção P e raio R, traça-se um arco de circunferência que atinge o
topo do captor e o plano do solo. O volume de proteção é delimitado pela rotação
da área A em torno do captor.
Figura 2.5: Volume de proteção do captor h≤R
Fonte: NBR-5419/2005
2.4.2.2 VOLUME DE PROTEÇÃO UM CAPTOR COM H≥R
Mediante procedimento análogo ao descrito em 2.4.2.1, pode-se
determinar o volume de proteção para estruturas de grande altura. Neste caso,
como o ilustrado na figura 2.6, verifica-se que a altura eficaz do captor é R, pois
sobre a altura excedente podem ocorrer descargas laterais.
34
Figura 2.6: Volume de proteção do captor h≥R
Fonte: NBR-5419/2005
Como foi visto acima, o método Eletrogeométrico é o “primo em primeiro
grau” do método Franklim, porém com tangente de proteção parabólica ao invés
de reta. Sua maior eficiência é também, assim como o método de Franklin, em
edificações pequenas e baixas uma vez que sua proteção varia em função da
altura e do nível de proteção adotado.
Comenta-se que nas próximas edições da NBR-5419, o método de Franklin
poderá ser retirado, devido à existência do método Eletrogeométrico e sua maior
eficiência usando o mesmo princípio.
2.4.3 MÉTODO DA GAIOLA DE FARADAY
Este método é o mais usado na Europa, é baseado na teoria de Faraday,
segundo a qual o campo no interior de uma gaiola é nulo, mesmo quando passa
por seus condutores uma corrente de valor elevado.
Para que o campo seja nulo, na verdade, é preciso que a corrente se
distribua uniformemente por toda a superfície. O campo será nulo, na realidade,
no centro da gaiola, mas nas proximidades dos condutores haverá sempre um
campo que poderá dar tensões induzidas em condutores das instalações elétricas
que estejam paralelos aos condutores da malha.
35
A proteção máxima no caso do método de Faraday é obtida quando a
estrutura é envolvida por uma caixa metálica de paredes soldadas e de espessura
suficiente para suportar o efeito térmico do raio no ponto de impacto.
Como esta solução raramente pode ser adotada, o método de Faraday
consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais
interligados em forma de malha.
A distancia entre os condutores ou a abertura da malha está relacionada ao
nível de proteção desejado. Quanto menor à distância entre os condutores da
malha, melhor será a proteção obtida.
A NBR-5419/2005 fixa as dimensões básicas da malha para cada nível de
segurança, onde o módulo da malha deverá constituir um anel fechado, com o
comprimento não superior ao dobro da sua largura,mostrado na tabela a seguir:
Nível de proteção Largura máxima da malha
(m) Comprimento máximo da malha
(m) I 5 10
II 10 20
III 10 20
IV 20 40 Tabela 2.13: Dimensões da malha de proteção pelo método de Faraday.
A figura a seguir mostra um exemplo da malha captora:
Figura 2.7: Exemplo de uma malha de captação
Fonte: Mamede Filho (2007)
36
3. SPDA ESTRUTURAL 3.1 DEFINIÇÃO
Este sistema foi “batizado” de Estrutural pelo simples motivo de ser
instalado juntamente com a estrutura de concreto armado do prédio, distinguindo-
se assim dos demais sistemas externos.
A ABNT normatizou o uso em SPDA das ferragens estruturais das
edificações em 1993. Os principais diferenciais deste novo conceito são: grande
dispersão da corrente de descarga, minimizando o risco de centelhamentos
perigosos, e a eliminação de interferências estéticas causadas por condutores de
descida nas fachadas das edificações.
A NBR-5419/2005 dispõe de duas opções para tal sistema. A primeira
consiste em simplesmente usar as ferragens do concreto armado como descidas
naturais, de modo que haja continuidade dos pilares verticalmente e obedeça à
seção mínima requisitada em norma. A segunda consiste no uso de barras
adicionais em aço galvanizadas a fogo, denominadas RE-BARS, às ferragens
existentes, com a função de garantir a continuidade desde o solo até o topo da
edificação.
As RE-BARS encontradas no mercado possuem diâmetros de 8mm
(50mm²), 3/8”(70mm²) e 10mm (80mm²), e comprimento variando entre 3,0m e
4,0m, dependendo do fabricante. As RE-BARS devem ser dimensionadas de
acordo com a tabela 2.7.
O uso das ferragens de concreto armado como descidas naturais pode
acarretar em diversos problemas a serem contornados. A garantia da
continuidade vertical é um dos problemas, pois na construção civil não existe tal
preocupação, pois a continuidade das armaduras é estruturalmente
desnecessária. Para garantia da continuidade, seria necessária a presença de um
profissional especializado durante a execução de toda estrutura, gerando um
ônus alto.
Por isso, na maioria dos casos, o SPDA Estrutural utilizando as RE-BARS
dentro da estrutura é o método mais recomendado para edificações novas e
também o método mais econômico, se comparado aos sistemas externos desde
que instalados a partir das fundações.
37
3.2 PROCESSO EXECUTIVO UTILIZANDO AS RE-BARS 3.2.1 FUNDAÇÕES
De acordo com a tabela 2.7, a RE-BAR a ser utilizada para aterramento
nas fundações será de 80mm². Pelo menos uma sapata ou tubilão de fundação
para cada pilar da torre-tipo deverá ter uma RE-BAR amarrada às demais
ferragens, desde o ponto mais profundo até os blocos dos pilares. As RE-BARS
também deverão ser instaladas nas vigas baldrames, horizontalmente, quando
existirem, de modo a interligar todos os pilares da torre-tipo. A interligação de uma
RE-BAR vertical com outra horizontal é bem ilustrada na figura 6.2. Essa medida
atende também a norma NBR-5410/2005.
Existem diversos tipos de fundação, entre elas, as mais usuais são: estaca
Franki, estaca Strauss, estaca pré-moldada redonda (centrifugada) e quadrada,
estaca trilho, tubulão mecanizado ou manual, hélice contínua, fundação direta,
radie plano e não plano etc [2].
Independente do tipo de estaca, o procedimento de instalação é o mesmo
citado acima, garantindo a continuidade das RE-BARS através de três clips
galvanizados instalados num transpasse de 20cm.
Figura 3.1: RE-BAR dentro da fundação
Fonte: www.spda.com.br
38
Para a estaca Franki, Strauss e Tubulão o procedimento é o mesmo e
consiste na colocação da RE-BAR dentro das fundações, o mais profundo
possível, sem, no entanto, atingir o solo (aproximadamente 20 cm), pois a acidez
deste poderá corroer a barra, mesmo sendo galvanizada a fogo [2].
No caso da fundação rasa, o procedimento é o mesmo.
Não é necessário colocar a barra em todas as fundações, bastando apenas
um tubulão/estaca para cada pilar, assim, o número de fundações aterradas
coincide com o número de pilares do pavimento tipo.
No caso de fundação com trilho metálico, é dispensado o uso da RE-BAR
na fundação vertical, pois o próprio trilho já funciona como aterramento natural
atingindo grandes profundidades. A RE-BAR deverá ser soldada no topo do trilho,
atravessar o bloco e entrar nos pilares, como mostra a figura 3.2.
Figura 3.2: Estaca metálica Fonte: www.spda.com.br
No caso de estaca pré-moldada de concreto centrifugada, o procedimento
será o mesmo da estaca trilho, visto as estacas terem seus ferros soldados nos
anéis metálicos presentes nas extremidades.
39
No caso de fundação direta devera ser adotado o mesmo critério das
fundações escavadas.
Para o sistema de aterramento, também pode ser feita uma malha de
aterramento utilizando cabo de cobre nu com hastes de aterramento, desde que
dimensionado corretamente e interligado a todas as descidas. Porém é
desaconselhável na maioria dos casos, porque geraria maior ônus à obra.
3.2.2 DESCIDAS
Deverão ser instalados RE-BARS em todos os pilares, mesmo que a
distância entre eles seja bem menor que a distância máxima citada na tabela 6,
garantindo assim maior dispersão da corrente para o solo.
As RE-BARS deverão ser fixadas na parte interna dos estribos do pilar,
correndo paralelas às demais ferragens estruturais. Nos pilares externos (de
fachada), recomenda-se colocar a RE-BAR na face mais externa do pilar, sem
invadir o cobrimento, de modo a receber as descargas laterais que só atingem
estes. Nos pilares internos, sua localização poderá ser em qualquer face, porém
sempre dentro do estribo, sem invadir o cobrimento e nunca no centro (núcleo) do
pilar.
No cruzamento das ferragens verticais dos pilares com ferragens
horizontais das vigas, lajes e blocos, a RE-BAR deverá ser obrigatoriamente
ligada, através de ferro comum em forma de “L”, de Ø3/8", com 20 cm por 20 cm,
amarrado com arame (arame recozido, comum), e as demais ferragens verticais
deverão ser amarradas em posições alternadas (uma sim, uma não), conforme os
detalhes “5, 6 e 7” da figura 3.3. Estas amarrações deverão ser repetidas em
todas as lajes, com todos os pilares que pertencem ao corpo do prédio.
Para o cruzamento com os estribos dos pilares, é necessária apenas a
amarração utilizando o arame recozido.
Os ferros em “L” utilizados para ligação das ferragens geralmente são
obtidos através de sobras da construção, sem gerar custos adicionais com
material e mão-de-obra desprezível.
Ao chegar à última laje, alguns pilares morrem e outros nascem. Os pilares
que morrem devem ser interligados com os que continuam para os níveis
40
superiores. Tal interligação é feita com RE-BAR na horizontal, dentro de laje e
vigas como é mostrado na figura 3.3.
A continuidade elétrica (emenda) das RE-BARS é feita por transpasse de
20 cm, onde são usados três clips galvanizados por conexão, com diâmetro
variando entre 8mm e 10mm.
3.2.3 CAPTAÇÃO
O sistema de captação deve ser dimensionado de acordo com os métodos
de proteção mostrados em 2.4, obedecendo a todos os critérios definidos pela
norma.
O sistema de descida composto pelas RE-BARS deve ser conectado ao
sistema de captação.
Ao ultrapassar a última laje, as RE-BARS podem tomar dois destinos:
permanecer na posição vertical tornando-se terminais aéreos (figura 3.3, detalhe
“9” – captação por cima), ou serem encaminhadas para a posição horizontal
externa à edificação, em terraços e coberturas com acesso de pessoas (figura
3.3, detalhe “8” - captação por fora).
Para prédios onde existe acesso ao público na cobertura, recomenda-se a
captação direcionada para o lado de fora do parapeito ou platibanda, reduzindo
assim os riscos de acidentes pessoais pelo contato direto com o SPDA,
depredações no sistema e o medo que é provocado pela sua presença. Neste
caso as RE-BARS são interligadas na horizontal, pelo lado de fora do parapeito
(pingadeira/soleira/algerosa) com cabo de cobre nu #35mm² ou Barra chata de
Alumínio (por questões estéticas).
Nos locais onde não existe fácil acesso ao público, as Barras deverão sair
por cima dos parapeitos (telhado de cobertura, casas de máquinas, tampa de
caixa d’água etc.) e ser interligadas com cabo de cobre #35mm² na horizontal,
como na figura 3.3.
Para reduzir os custos da captação, as RE-BARS podem ser utilizadas
como terminais aéreos, quando possível, com comprimento externo variando
entre 25cm e 40cm.
41
Figura 3.3: Detalhes do SPDA estrutural Fonte: www.spda.com.br
42
3.2.4 VANTAGENS DO SPDA ESTRUTURAL UTILIZANDO O CONDUTOR ADICIONAL DENTRO DA ESTRUTURA
O SPDA Estrutural, com adição da RE-BAR em cada pilar, consiste em
uma grande vantagem para execução, se comparado com o sistema
convencional. Os benefícios são de ordem estética, devido ao condutor de
descida estar embutido no pilar e de ordem financeira, gerando um menor custo
total na execução do serviço, além de um menor tempo de execução do serviço.
O SPDA Estrutural é muito bem visto pelos arquitetos, eliminando um dos
grandes problemas existentes na hora da elaboração do projeto, que são as
interferências causadas por condutores de descida e anéis de cintamento
colocados sobre a fachada da edificação, e dispensando transtornos como
rompimento e recomposição de lajes e fachadas.
Na elaboração de orçamentos de SPDA, podem-se cometer erros que leve
o SPDA convencional ter um preço final menor que o SPDA Estrutural. Muitas
vezes não são levados em conta a contratação de empresas para descer com
balancim para instalação das descidas, a grande quantidade de conectores a
serem utilizados no SPDA convencional e procedimentos de segurança para
trabalho em altura como PPRA (Programa de Prevenção de Riscos Ambientais),
PCMSO (Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional) e exames de
aptidão para execução dos serviços.
A mão de obra do serviço é reduzida, pois na obra ela já existe, e sua
execução é feita por armadores, coordenados pelos encarregados da obra e
vistoriado pelos engenheiros responsáveis. No SPDA convencional os serviços
precisam ser executados por profissionais qualificados. Na execução do SPDA
Estrutural utilizando as RE-BARS na estrutura, é recomendável a presença de
profissionais especializados apenas na execução da malha de captação e na
equalização de potenciais, pois neste caso é preciso ter cuidado na hora de
utilizar os materiais e executar os serviços de interligação de massas metálicas à
barra de equalização principal.
Com as informações citadas acima, é visto que o SPDA Estrutural leva
grande vantagem em relação ao SPDA convencional na maioria dos casos.
43
3.2.5 RECOMENDAÇÕES PARA EXECUÇÃO
Para edificações com altura superior a 20 metros, deverá ser integrado ao
SPDA estrutural o subsistema de equalização de potencial no nível térreo e a
cada 20m de altura, prevendo-se pontos de conexão entre as armações da
estrutura e elementos metálicos, como tubulações, trilhos, esquadrias e demais
elementos especificados no projeto de SPDA.
As ferragens de cada laje, ao serem interligadas ao sistema de SPDA
Estrutural, fazem a função dos anéis de cintamento horizontal, sendo assim
desnecessário qualquer outro tipo de anel adicional para tal função.
A continuidade elétrica das RE-BARS deverá ser garantida desde as
fundações até o topo da edificação.
É recomendada atenção especial para o encaminhamento das barras após
a concretagem da última laje. É imprescindível a conferência das conexões antes
das concretagens.
Ao final da implantação, deverão ser feitos testes de continuidade elétrica
entre o topo e a base de cada pilar e entre as bases de cada pilar (anel de
aterramento) do sistema, de acordo com o Anexo E, da NBR-5419/2005. Os
testes deverão ser acompanhados de Certificado de Conformidade e ART junto
ao CREA.
44
4. ESTUDO DE CASO
Para aplicação prática do que foi apresentado nos capítulos anteriores,
será mostrado uma aplicação do SPDA estrutural no projeto de uma edificação de
utilidade pública, localizada na cidade de Garanhuns, agreste do estado de
Pernambuco. Ela é composta por 3 pavimentos, e tem altura total de 13,50m
(considerando o topo da caixa d’agua), largura de 21,47m e comprimento de
52,35m.
Figura 4.1: Edificação a ser estudada fachadas noroeste e sudeste
4.1 AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO
Para avaliação do risco de exposição de uma edificação, ou seja, a
probabilidade da edificação ser atingida por uma descarga atmosférica, deve-se
ter em mãos os seguintes dados:
a) Área de exposição da edificação;
b) dados isoceráunicos da região;
c) resultados obtidos através de cálculos com os dados acima.
De acordo com o mapa de curvas isoceráunicas mostrado na figura 2.2, o
número de dias de trovoada/ano (Td) na região agreste de Pernambuco, onde a
edificação será construída é de 10.
O edifício possui a área de exposição (Ae) de acordo com a figura abaixo:
45
Figura 4.2: Área de exposição da edificação em estudo
De acordo com (2.2), a área de exposição (Ae) da edificação é de
aproximadamente 3300m². O cálculo de Ae foi feito com auxílio do AutoCAD.
Com os dados obtidos acima, achamos através de (2.1) e (2.3),
respectivamente:
7113,0)(*04,0 25,1 TdNg (por km²/ano)
Ng=0,7113 (densidade de descargas atmosféricas para a terra).
36 10*34,210** AeNgNd (por ano)
Nd=2,34.10 3 (média anual previsível de descargas atmosféricas/ano)
Como o resultados obtido de Nd foi maior que 10 3 , o risco de exposição
da edificação a uma descarga atmosférica é severo. Com isso, a estrutura requer
SPDA.
4.2 CRITÉRIOS PARA ELABORAÇÃO DO SPDA
Para elaboração do projeto de Sistema de Proteção Contra Descargas
Atmosféricas da edificação do Expresso Cidadão Garanhuns, será utilizado o
método de proteção tipo Gaiola de Faraday.
O nível de proteção adotado no projeto, será de Nível II, pois, de acordo
com o interpretado em norma, se trata de uma edificação onde existirá um grande
aglomerado de pessoas, por ser uma local de utilidade pública.
46
4.2.1 SUBSISTEMA DE CAPTAÇÃO
A coberta da edificação é do tipo telha metálica, de espessura 0,50mm,
atendendo ao requisito de espessura mínima para uso da coberta como captação
natural, mostrado na tabela 2.8. A maior parte da malha de captação será
composta pela telha, não sendo totalmente composta pelo captor natural devido à
telha não cobrir 100% da área de cobertura da edificação.
As RE-BARS localizadas ao longo da área da telha metálica, serão
conectadas a mesma através de ATERRINSERTS, e nesses ATERRINSERTS,
serão instalados terminais aéreos de inserção de 30cm. Os terminais aéreos
serão instalados com a função de reduzir os possíveis danos causados à telha
por uma descarga atmosférica.
Figura 4.3: ATERRINSERTS
Fonte: www.spda.com.br
O restante da coberta da edificação que não é favorecida pela telha
metálica, terá seu subsistema de captação composto por cordoalha de cobre nu
35mm², com malhas em anel fechado, de comprimento não superior ao dobro da
sua largura, como pede a norma vigente. O sistema de malhas em anel fechado
está interligado ao captor natural, formando um único sistema de captação.
Figura 4.4: Fachadas sudoeste e nordeste
47
Devido à inclinação da telha, existe um desnível crescente entre a laje
existente em ambos os lados e a telha. O desnível máximo é de 2,0m em ambos
os lados, correspondentes às fachadas sudoeste e nordeste. Na face norte da
figura 4.4, que corresponde à fachada sudeste da figura 4.5, há um desnível de
5,50m entre a laje e a telha.
Figura 4.5: Perspectiva da coberta da edificação
Ao longo da malha composta pela cordoalha, serão colocados terminais
aéreos de inserção de 30cm, com distanciamento máximo de 8,0m, fixados em
conectores tipo fixador universal 70mm².
No ponto mais alto da edificação, onde fica localizada a caixa d’água, será
colocado um mastro telescópico de 6m com captor tipo Franklin de três pontas e
uma descida, para proteção da caixa d’água, como recomenda a norma. Ao longo
do perímetro da caixa d’água, será colocada cordoalha de cobre nu 35mm² em
sua periferia, e interligada à telha metálica. A escolha do mastro de 6m se deu
devido à grande possibilidade de instalação de antenas na coberta, para que o
captor seja o ponto mais alto da edificação a receber uma possível descarga.
Todas as RE-BARS serão conectadas a terminais aéreos de inserção de
30cm através de ATERRINSERTS.
Para futuras instalações de antenas ou outros equipamentos na coberta da
edificação, os mesmos devem ser interligados à malha de captação, devendo ser
esta interligação a mais curta e retilínea possível.
48
4.2.2 SUBSISTEMA DE DESCIDA Cerca de 50% do perímetro total da edificação é composto por paredes de
vidro, ou seja, fica impraticável a aplicação do SPDA convencional devido aos
danos causados à arquitetura e as possíveis falhas na execução do sistema de
descidas com tal empecilho. Tal impossibilidade, aliada às vantagens de
aplicação de um sistema de SPDA Estrutural leva a escolha do sistema de
descida embutido nos pilares através de um condutor de aço galvanizado (RE-
BAR) em cada pilar.
Em estudos prévios para elaboração do projeto, foi vista a possibilidade de
aplicar as descidas embutidas nos pilares, respeitando o critério de espaçamento
máximo visto na tabela 2.6. Porém, após um debate com profissionais
especializados na área, foi descartada tal possibilidade.
Como o SPDA é estrutural, no caso de uma descarga atmosférica atingir a
edificação, parte do escoamento da corrente será feita pelas ferragens de todos
os pilares, independente do pilar ter ou não continuidade assegurada. Caso algum
pilar não tenha continuidade assegurada, poderão ter ocorrências de pequenas
explosões dentro do pilar, comprometendo a estrutura. Outro caso é a
possibilidade da formação de tensões de passo, toque e transferência perigosas,
devido às correntes dispersadas para o solo através dos pilares não conectados
ao SPDA.
A descida será feita com a instalação de barras redondas em aço
galvanizado (RE-BARS), diâmetro 8mm (50mm²) em todos os pilares.
Nos pilares externos, a RE-BAR deverá ser colocada na face mais externa,
porém dentro do estribo. Nos pilares internos, a RE-BAR pode ser colocada em
qualquer posição, desde que não seja no centro.
Na hora da execução das descidas, deve-se ter atenção com alguns pilares
da edificação. A figura 4.6 mostra a localização dos pilares na edificação.
49
Figura 4.6: Localização dos pilares da edificação
Os pilares na cor verde vão do pavimento inferior até o principal. Os pilares
na cor vermelha passam por todos os pavimentos até chegar à coberta. Já os
pilares na cor azul vão do pavimento principal até a coberta. Como fica claro na
figura acima, cinco desses pilares vão até a parte mais alta da coberta, no caso a
caixa d’água.
Para ligação e emenda entre as RE-BARS na descida em cada pilar, serão
utilizados 3 (três) clips galvanizados a uma distância de 20cm. A interligação das
RE-BARS com as ferragens adjacentes de vigas ou lajes é obrigatória e deverá
ser feita com peças em "L" de sobra das próprias ferragens, com diâmetros de 8 a
10mm, medindo aproximadamente 20x20cm, amarradas firmemente com arame
recozido ou clips. As demais ferragens, verticais e horizontais, deverão ser
ligadas entre si, no mínimo, uma sim, outra não, alternadamente.
As RE-BARS, ao chegarem ao sistema de captação, deverão ser
posicionadas na posição horizontal, para conexão do ARERRINSERT com base
M12, que será utilizado para interligação entre as RE-BARS e o fixador universal,
que serve como base para o terminal de captação.
Nas bases de cada pilar externo
Os detalhes de conexão, amarração e interligação podem ser vistos na
figura 3.3, ou nas figuras 6.2 e 6.3.
4.2.3 SUBSISTEMA DE ATERAMENTO
50
O subsistema de aterramento será pelas fundações, através do RE-BAR
ligado do ponto mais profundo até os pilares (eletrodo natural).
O relevo da área onde será construída a edificação possui um solo argiloso
e petrificado, com um alto declive. Esse tipo de solo é típico do agreste de
Pernambuco. Esse tipo de solo oferece uma alta resistividade.
A fundação utilizada na edificação é do tipo sapata isolada com viga
baldrame, com fundação pouco profunda devido ao tipo de solo e o tipo de
edificação.
A figura abaixo mostra a viga baldrame interligando todos os pilares da
edificação.
Figura 4.7: Fundação da edificação / malha de aterramento
Os pontos vermelhos na figura 4.7 representam os pilares, onde também
ficam localizada as fundações através das sapatas, enquanto as linhas que
percorrem os pilares representam a viga baldrame da edificação.
A figura 4.6 representa também a malha de aterramento do SPDA.
Em cada sapata será adicionada uma RE-BAR de diâmetro 10mm
(80mm²), e serão interligados em cada RE-BAR utilizado como descida (50mm²),
através de clips galvanizados. Para interligação horizontal entre as barras,
percorrendo toda viga baldrame, também será utilizado o RE-BAR de diâmetro
10mm (80mm²), formando assim a malha de aterramento.
51
A profundidade do sistema de fundações da edificação, varia entre 0,5m e
2,5m, dependendo da carga que cada sapata deverá suportar. Devido a esse fato,
a profundidade de cada eletrodo da malha também irá variar.
Independente da profundidade da fundação, as RE-BARS deverão ser
instaladas dentro das sapatas, o mais profundo possível, sem atingir o solo
(aproximadamente 20cm). Para interligação das RE-BARS da fundação com as
RE-BARS dos pilares, deverá ser deixada uma sobra de aproximadamente 50cm
acima do solo.
O procedimento de interligação entre as RE-BARS das fundações e dos
pilares, assim como das RE-BARS horizontais da viga baldrame, é o mesmo
citado no item 4.2.2. O mesmo para interligação entre as ferragens da fundação e
da viga baldrame.
A interligação entre o cruzamento de RE-BARS deverá sempre ser feita
através de peças em "L" de RE-BARS, de medidas 20x20cm aproximadamente
presas em 3 (três) clips galvanizados por cada barra a uma distância de 20cm.
Tal interligação pode ser vista na figura 6.2.
A resistência de aterramento do SPDA estrutural possui um baixo valor,
devido sistema de aterramento ser composto por eletrodos naturais. Para
assegurar a continuidade, após o término da execução do SPDA estrutural, será
executado o ensaio de continuidade das armaduras, onde o resultado deve
resultar em resistências medidas inferiores a 1Ω.
O concreto sob o nível do solo mantém sempre certo grau de umidade,
com valor de resistividade baixo, geralmente menor do que o valor da
resistividade do próprio solo onde está sendo construída a edificação ou estrutura.
Os valores típicos de resistividade do concreto nessas condições, geralmente
variam de 30 a 500 Ωm.
4.2.4 EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL
Para equalização dos potenciais, será utilizado um quadro de
equipotencialização de nove terminais, similar ao da figura 4.8. Será conectado a
RE-BAR utilizada na viga baldrame, um cabo de cobre nu 50mm², através de
solda exotémica ou conexão apropriada. Esse cabo será conectado ao terminal
principal do quadro.
52
Figura 4.8: Detalhe do quadro de equipotencialização
Fonte: www.spda.com.br
Os demais terminais da barra serão utilizados para interligação com o
aterramento elétrico e as demais massas metálicas existentes na edificação.
4.2.5 ENSAIO DE CONTINUIDADE DE ARMADURAS
Após o término da execução do SPDA estrutural, deve ser feito o ensaio de
continuidade elétrica das armaduras do edifício. Para tal medição, devem ser
utilizados equipamentos adequados, tais como miliohmímetros ou
microhmímetros de quatro terminais, para maior precisão dos valores achados,
devido à baixa ordem de grandeza.
A medição deve ser determinada medindo-se com o instrumento
adequado a resistência ôhmica entre a parte superior e a parte inferior da
estrutura, procedendo a diversas medições entre pontos diferentes. Se os valores
medidos forem da mesma ordem de grandeza e inferiores ao indicado no item
4.2.3, pode ser admitido que a continuidade das armaduras é aceitável.
O instrumento utilizado na medição da resistência deve injetar uma
corrente de 1A ou superior entre os pontos extremos da armadura sob ensaio,
sendo capaz de, ao mesmo tempo que injeta essa corrente, medir a queda de
tensão entre esses pontos. A resistência é calculada dividindo-se a tensão
medida pela corrente injetada.
Considerando que o afastamento dos pontos onde se faz a injeção de
corrente pode ser de várias dezenas de metros, o sistema de medida deve utilizar
a configuração de quatro fios, sendo dois para corrente e dois para potencial
53
(conforme figura 4.9), evitando assim o erro provocado pela resistência própria
dos cabos de ensaio e de seus respectivos contatos.
Tal medição deve ser feita em todos os pilares, indo dos terminais de
captação até o ATERRINSERT utilizado na base de todos os pilares da fachada.
Deve ser feito também o ensaio de continuidade entre diferentes pilares para
assegurar a continuidade da malha de aterramento.
A medição da resistência de aterramento é exigida pela norma somente
para os sistemas não naturais, isto porque nos sistemas naturais não é possível
fazer a desconexão dos diversos subsistemas para a medição ser efetuada.
Figura 4.9: Medição da resistência no ensaio de continuidade Fonte: NBR-5419/2005
Jamais deverá ser utilizado no ensaio de continuidade de armadura um
multímetro convencional na função de ohmímetro, pois a corrente que tal
instrumento injeta na armadura é insuficiente para obter resultados
representativos.
54
5. CONCLUSÃO
Ao longo de todo o trabalho, foram apresentados todos os conceitos para a
correta elaboração do projeto de SPDA, com uma revisão bibliográfica, um
capítulo dando ênfase ao SPDA estrutural com adição das RE-BARS à estrutura e
sua correta aplicação.
O estudo de caso utilizado no trabalho mostrou que mesmo quando uma
edificação possui uma arquitetura complexa, a utilização do SPDA Estrutural com
adição das RE-BARS à estrutura facilita a elaboração do projeto e sua execução.
O cálculo para determinar o número de descidas é eliminado devido às
descidas serem executadas em todos os pilares, facilitando assim o escoamento
da corrente causada por uma possível descarga atmosférica e formando uma
gaiola de Faraday com proteção eficaz.
Devido à malha de aterramento ser composta por eletrodos naturais, é
eliminada a necessidade de cálculo para seu dimensionamento, sendo necessário
apenas o ensaio de continuidade de armaduras após o termino da execução de
todo o SPDA.
O que pode se destacar no SPDA Estrutural utilizando uma barra adicional
dentro da estrutura, além da eliminação de cálculos minuciosos para elaboração
do projeto, é sua adaptação a praticamente todos os tipos de estrutura, o tempo
de execução reduzido devido a maior parte do serviço ser feito juntamente com a
execução da fundação e dos pilares da edificação, e seu custo final reduzido.
55
6. ANEXO – PROJETO DE SPDA FIGURA 6.1 – COBERTA DO EDIFÍCIO E LOCALIZAÇÃO DAS DESCIDAS
FIGURA 6.2 – DETALHES DE AMARRAÇÃO
FIGURA 6.3 – DETALHE DAS RE-BARS E CAPTORES
56
FIGURA 6.1 – COBERTA DO EDIFÍCIO E LOCALIZAÇÃO DAS DESCIDAS
57
FIGURA 6.2 – DETALHES DE AMARRAÇÃO
58
FIGURA 6.3 – DETALHE DOS CAPTORES
59
FIGURA 6.4 – DETALHE DAS RE-BARS
60
7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA [1] NBR 5419/2005 – Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas – ABNT – 2005. [2] www.spda.com.br – Tabelas, catálogos e apostila – Termotécnica – 2011. [3] DE SOUZA, R. A. – Estudo Dos Métodos de Aplicação do SPDA em Estruturas e na Penitenciária Mata – Cuiabá - 2009. [4] COUTINO F. N., ALTOÉ C. A. – Levantamento de Estruturas que necessitam de SPDA na UnBE e Análise de Seus Efetivos Sistemas de Proteção – Brasília – 2003. [5] FILHO, J. M. – Instalações Elétricas Industriais 7ª Edição – LTC – 2007.
