sistemas de proteção contra descargas atmosféricas utilizando
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FÁBIO SAWADA BURATTO
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS UTILIZANDO COMPONENTES NATURAIS
DA EDIFICAÇÃO
Londrina
2011
FÁBIO SAWADA BURATTO
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS UTILIZANDO COMPONENTES NATURAIS
DA EDIFICAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação
apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da
Universidade Estadual de Londrina como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do
título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Osni Vicente.
Londrina
2011
.
FÁBIO SAWADA BURATTO
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
UTILIZANDO COMPONENTES NATURAIS DA EDIFICAÇÃO
„Este trabalho foi julgado adequado para a
conclusão do curso de Engenharia Elétrica e
aprovado em sua forma final pela
Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica
da Universidade Estadual de Londrina‟
BANCA EXAMINADORA
Orientador: Prof. Msc. Osni Vicente
Universidade Estadual de Londrina
Prof. Msc. José Fernando Mangili Júnior
Universidade Estadual de Londrina
Prof.ª Msc. Juliani Piai
Universidade Estadual de Londrina
Londrina, 16 de novembro de 2011.
A Deus, pela força e proteção concedida.
A toda a minha família, que sempre me apoiou.
Aos meus grandes amigos do curso.
AGRADECIMENTOS
Agradeço inicialmente a Deus, por toda força, proteção e luz durante esta jornada. A
toda a minha família, em especial meus pais e meus irmãos, cuja confiança e apoio nunca me
foram negados.
Ao professor Osni Vicente, pela motivação e suporte dado durante a realização deste
trabalho. Ao colega de turma Renato Ogasawara, Luiz Zeni e ao técnico Anderson,
companheiros de “concretagem” de várias tardes.
Aos grandes amigos que eu fiz no curso: Thiago Bittencourt, Henrique, Takeo,
Renan, Caio, Mazzo, por todas as madrugadas estudando, mas principalmente pelo
companheirismo e amizade que encontrei neles. Aos amigos que fiz na 3E-UEL, organização
que me propiciou grande aprendizado e à qual sou muito grato.
Agradeço ao Engenheiro Arthur Versoza, da Engebrazil, pelo auxílio no
esclarecimento de diversos pontos duvidosos e pela disposição em ajudar. Aos professores,
técnicos, funcionários do CTU que contribuíram para a minha formação e todos aqueles que
ajudaram para a realização deste trabalho.
Por fim, agradeço a Paula, grande companheira, por todo carinho e compreensão
demonstrados.
“Aquele que não luta pelo que quer, não merece o que deseja”.
(Autor Desconhecido)
BURATTO, Fábio Sawada. Sistemas de Proteção contra descargas atmosféricas
utilizando componentes naturais da edificação. 2011. Monografia (Trabalho de Conclusão
de Curso) – Engenharia Elétrica – Universidade Estadual de Londrina. 2011.
RESUMO
Fenômeno muito comum na natureza, as descargas atmosféricas constituem um tema
de extrema complexidade, principalmente tendo em conta a austeridade de seus efeitos
destrutivos. O presente estudo traz como objetivo analisar os métodos, as ferramentas e os
empecilhos para se dimensionar um sistema de proteção contra descargas atmosféricas
(SPDA) de forma eficiente e satisfatória, focando os sistemas que utilizam das partes
metálicas da estrutura como meios de escoamento das correntes oriundas desse fenômeno,
levantando a atual discussão sobre o tema e as vantagens do mesmo. Utilizando como
parâmetro a ANBT NBR 5419:2005, serão apresentados estudos de casos analisando a
aplicação das estruturas no SPDA de duas diferentes edificações, verificando seus projetos,
instalações e respectivas eficácias quanto à proteção apresentada. Visando uma melhor
compreensão dos assuntos abordados, serão estudados conceitos do fenômeno de descargas
atmosféricas e os critérios utilizados na NBR 5419:2005 para elaboração de um SPDA.
Palavras-chave: 1. Segurança 2. SPDA 3. Aterramento estrutural
BURATTO, Fábio Sawada. Lightning Protection System using natural componentes of
the building. 2011. Monograph (Conclusion Course Paper) – Electrical Engineering – State
University of Londrina. 2011.
ABSTRACT
Phenomenon commonly seen in nature, lightning is an extremely complex issue,
particularly given the austerity of their destructive effects. The present study intended to
examine the methods, tools and the obstacles to scale a lightning protection system (LPS) in
an efficient and satisfactory way, focusing on systems that use the metal parts of the structure
as a means of disposal of current arising from this phenomenon, raising the current discussion
on the subject and the advantages thereof. Utilizing the ABNT NBR 5419:2005, case studies
are presented examining the application of LPS structures in two different buildings, checking
their projects, facilities and their effectiveness in protecting presented. Aiming at a better
understanding of the issues addressed, the concepts of lightning phenomenon will be studied
and the criteria used in NBR 5419:2005 for the preparation of an LPS.
Keywords: 1. Security 2. LPS 3. Ground structure
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2. 1 - Descarga Atmosférica ............................................................................................ 3
Figura 2. 2 - Corrente de uma descarga medida na estação do Morro do Cachimbo ................. 4
Figura 2. 3 - Campo induzido entre nuvem e solo pelo carregamento da base da nuvem ......... 6
Figura 2. 4 - Canal ascendente e descendente ............................................................................ 6
Figura 2. 5 - Conexão dos canais ascendentes e descendentes ................................................... 7
Figura 2. 6 – Onda de tensão induzida medida em linha de distribuição experimental ............. 8
Figura 2. 7 - Mapa de curvas isocerâunicas do Brasil .............................................................. 11
Figura 3. 1 - Mapa isocerâunico do estado do Paraná .............................................................. 18
Figura 3. 2 - Delimitação da área de exposição equivalente (Ae) - Estrutura vista de Planta.. 19
Figura 3. 3 - Cone de proteção pelo Método de Franklin ......................................................... 24
Figura 3. 4 - Exemplo do modelo da esfera rolante e zoom do local de captação ................... 25
Figura 3. 5 - Conceito da distância R (raio da esfera fictícia) .................................................. 26
Figura 3. 6 - Volume de proteção do captor h<R ..................................................................... 27
Figura 3. 7 - Volume de proteção por um condutor horizontal suspenso ................................ 28
Figura 3. 8 - Malha do método de Faraday sobre a estrutura ................................................... 29
Figura 4. 1 - Captor tipo Franklin ............................................................................................. 32
Figura 4. 2 - Diferentes tipos de emendas a) Com arame; b) Com solda elétrica; c) Com solda
exotérmica; d) Com luva; ......................................................................................................... 37
Figura 4. 3 - Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da
resistividade do solo ................................................................................................................. 40
Figura 4. 4 - Tipos de arranjo no sistema de aterramento ........................................................ 40
Figura 5. 1 - Armadura das fundações preparadas para a interligação das ferragens dos pilares
.................................................................................................................................................. 48
Figura 5. 2 - Descida externa na estrutura ................................................................................ 49
Figura 6. 1 - Edifício Garden Araucária ................................................................................... 51
Figura 6. 2 - Parte superior do edifício - detalhe para o sistema de captação .......................... 53
Figura 6. 3 - Captor tipo Franklin ............................................................................................. 54
Figura 6. 4 - Terminal Aéreo de 35 cm .................................................................................... 54
Figura 6. 5 - Parte superior do edifício, com destaque para os captores verticais. ................... 55
Figura 6. 6 - Planta da Cobertura, com destaque para a localização dos captores verticais ..... 55
Figura 6. 7 - Detalhe para conexão na estrutura do captor vertical .......................................... 56
Figura 6. 8 - Detalhe do aterramento da antena ........................................................................ 56
Figura 6. 9 - Detalhe da conexão para o aterramento do rufo .................................................. 57
Figura 6. 10 - Planta baixa estrutural indicando os locais dos condutores de descida ............. 57
Figura 6. 11 - Detalhe da instalação dos condutores de descida .............................................. 58
Figura 6. 12 - Trespasse da ferragem da armadura para descida natural – 1) conector tipo
grampo; 2) conector Split bolt; 3) solda exotérmica; 4) arame recozido; ................................ 60
Figura 6. 13 - Detalhe da barra adicional de descida do pilar .................................................. 61
Figura 6. 14 - Opção de emenda utilizando clip galvanizado .................................................. 61
Figura 6. 15 - Detalhe da amarração dos anéis intermediários ................................................. 62
Figura 6. 16 - Amarração das ferragens dos pilares com outras ferragens ............................... 62
Figura 6. 17 - Conexão das ferragens do pilar com a ferragem do baldrame e do tubulão ...... 63
Figura 6. 18 - Detalhe em corte da ligação da ferragem do pilar com a da fundação .............. 64
Figura 6. 19 - Detalhe do Quando de DPS/BEP ....................................................................... 65
Figura 6. 20 - Visualização da área de proteção - Esfera com raio de 45 m ............................ 66
Figura 6. 22 - Detalhe da conexão do captor do SPDA com a cordoalha na platibanda da
cobertura ................................................................................................................................... 69
Figura 6. 23 - Fixação do cabo na telha através das hastes de fixação da própria telha........... 69
Figura 6. 24 - Detalhe da descida utilizando barra chata.......................................................... 70
Figura 6. 25 - Clarabóias na cobertura ..................................................................................... 70
Figura 6. 26 - Foto dos Captores utilizados na Expansão II ..................................................... 71
Figura 6. 27 - Detalhe do aterramento da sapata / estaca ......................................................... 71
Figura 6. 28 - Detalhe para os pilares centrais - aterramento da estrutura metálica da cobertura
.................................................................................................................................................. 72
Figura 6. 29 - Detalhe da conexão do captor até as ferragens do pilar ..................................... 73
Figura 6. 30 - Captores sobre a Caixa d'agua ........................................................................... 74
Figura 6. 31 - Antenas necessitando de aterramento ................................................................ 74
Figura 6. 32 - Trechos de condutores com isoladores soltos .................................................... 75
Figura 6. 33 - Trechos com cabos pendurados nos condutores de SPDA ................................ 75
LISTA DE TABELAS
Tabela 2. 1 - Índice típico de densidade de descargas em algumas regiões ............................. 10
Tabela 3. 1 - Nível de proteção e eficiência de um SPDA ....................................................... 15
Tabela 3. 2 - Exemplo de classificação das estruturas ............................................................. 17
Tabela 3. 3 - Fator A: Tipo de ocupação da estrutura .............................................................. 20
Tabela 3. 4 - Fator B: Tipo de construção da estrutura ............................................................ 21
Tabela 3. 5 - Fator C: Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosféricas .. 21
Tabela 3. 6 - Fator D: Localização da Estrutura ....................................................................... 21
Tabela 3. 7 - Fator E: Topografia da Região ............................................................................ 21
Tabela 3. 8 - Ângulo de proteção do método Fraklin ............................................................... 23
Tabela 3. 9 - Variação da tangente de acordo com o Nível de proteção .................................. 24
Tabela 3. 10 - Distância R em função da crista da corrente do raio ......................................... 26
Tabela 3. 11 - Dimensões da malha pelo método Faraday ....................................................... 29
Tabela 4. 1 - Espessuras mínimas dos componentes do SPDA ................................................ 34
Tabela 4. 2 - Seções mínimas das descidas do SPDA .............................................................. 35
Tabela 4. 3 - Espaçamentos máximos conforme nível de proteção ......................................... 36
Tabela 4. 4 - Materiais do SPDA e condições de aplicação ..................................................... 43
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ..................................................................................................... 3
2.1 Histórico ............................................................................................................................ 3
2.2 Conceito Básico ................................................................................................................ 4
2.3 Formação de raios ............................................................................................................. 5
2.4 Tensão Induzida por Descargas Atmosféricas .................................................................. 7
2.5 Parâmetros de Frequência de Ocorrência de Descargas ................................................... 9
2.6 Aspectos de Segurança ................................................................................................... 11
2.6.1 Acidentes típicos associados a descargas atmosféricas............................................ 12
PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ............................................................................................ 14
3.1 Níveis de Proteção .......................................................................................................... 14
3.2 Método do Nível de Proteção ......................................................................................... 15
3.3 A Escolha do Nível de Proteção ..................................................................................... 16
3.4 Avaliação do Risco de Exposição ................................................................................... 18
3.5 Métodos de Proteção ....................................................................................................... 22
3.5.1 Modelo Franklin ....................................................................................................... 23
3.5.2 Modelo Eletrogeométrico ......................................................................................... 25
3.5.3 Gaiola de Faraday..................................................................................................... 28
3.5.4 Escolha do método ................................................................................................... 29
SUBSISTEMAS DO SPDA ........................................................................................................... 31
4.1 Subsistema de Captores .................................................................................................. 31
4.1.1 Captores Naturais ..................................................................................................... 33
4.2 Subsistemas de Descidas ................................................................................................ 34
4.2.1 Materiais e Dimensões para as descidas .................................................................. 35
4.2.2 O Re-Bar .................................................................................................................. 38
4.3 Subsistemas de Aterramento ........................................................................................... 39
4.3.1 Eletrodos naturais. .................................................................................................... 41
4.4 Materiais ......................................................................................................................... 43
ESTRUTURAS METÁLICAS DA EDIFICAÇÃO NO SPDA ............................................................ 44
5.1 Discussão sobre a utilização da Estrutura ....................................................................... 45
5.2 Restrições da Estrutura de Concreto ............................................................................... 46
5.3 Vantagens em se Utilizar a Estrutura .............................................................................. 48
ESTUDOS DE CASO ................................................................................................................... 51
6.1 Edifício Residêncial Garden Araucária .......................................................................... 51
6.1.1 Dados da construção................................................................................................. 51
6.1.2 Memorial de Cálculo ................................................................................................ 52
6.1.3 Detalhes de Projeto................................................................................................... 53
6.1.4 Análise do Projeto .................................................................................................... 66
6.2 Shopping center de grande porte .................................................................................... 67
6.2.1 Dados da construção................................................................................................. 67
6.2.2 Memorial de Cálculo ................................................................................................ 67
6.2.2 Detalhes de Projeto................................................................................................... 68
6.2.3 Análise do Projeto .................................................................................................... 73
CONCLUSÕES ............................................................................................................................ 77
BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 79
1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
O tema Descargas Atmosféricas apresenta certa complexidade, tanto no que diz
respeito à sua natureza física quanto aos seus efeitos destrutivos. Suas consequências geram
grande impacto para a sociedade, podendo variar entre incêndios em florestas e campos,
destruição parcial de estruturas, interferência em sistemas de comunicação e dados, acidentes
em aviões, interrupção de fornecimento de energia elétrica e, direta ou indiretamente,
causando a morte de centenas de pessoas (INPE, 2011).
Diversos estudos são realizados para se descobrir a natureza elétrica das descargas
atmosféricas e assim obter parâmetros confiáveis de proteção para estruturas, propriedades,
equipamentos, objetos e principalmente para as pessoas. Mas, como existe muita informação
desconhecida sobre as descargas atmosféricas, ainda não há um sistema que possibilite uma
proteção completa.
Um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) tem por objetivo
básico evitar a incidência direta de raios na estrutura a ser protegida, através da constituição
de pontos preferenciais de incidência para as descargas que eventualmente atingiriam a
estrutura na ausência do sistema. Para isso, além de captar a eventual descarga atmosférica, o
SPDA deve ser capaz de direcionar o fluxo da corrente associada diretamente para o solo,
segundo percursos definidos, constituído pelos condutores do sistema de proteção (VISACRO
FILHO, 2005).
A decisão de utilizar um sistema de proteção contra descargas atmosféricas em uma
estrutura pode ser uma exigência legal (em códigos de obras municipais), uma precaução do
proprietário para evitar prejuízos ou ainda uma exigência das companhias de seguro, já que os
raios são causas de danos físicos e incêndios. (COUTINHO; ATOÉ, 2003)
No que diz respeito à segurança predial, especificamente na parte elétrica, pode-se
citar as normas técnicas NBR 5410:2004 e a NBR 5419:2005, tratando sobre instalações
elétricas de baixa tensão e proteção de estruturas contra descargas atmosféricas,
respectivamente. A NBR 5419:2005 estabelece uma série de critérios para o desenvolvimento
de um projeto de SPDA. Esta norma divide em três partes os componentes de um SPDA:
subsistema de captação, subsistema de descida e subsistema de aterramento (NBR
2
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
5419:2005). Além das normas brasileiras, existem diversas normas internacionais que têm
estabelecido nos últimos anos uma série de novos critérios, como por exemplo, a IEC 61024-
1-2 e os documentos ASE 4022, ANSI/IEEE std. 142, S 6651.
Como componente do SPDA, a norma permite a utilização de partes metálicas
embutidas nas colunas e vigamento das edificações como meio de escoamento das correntes
oriundas das descargas. A utilização de condutores embutidos no concreto é um tema
polêmico, dividindo a opinião entre as engenharias civil e elétrica.
Apesar da existência de uma norma brasileira sobre sistemas de proteção contra
descargas atmosféricas (sendo sua última revisão em 2005), normatizar a utilização de
estruturas metálicas, surgem algumas questões de interesse:
Quais são os riscos e as vantagens de se utilizar a estrutura como parte do sistema de
proteção?
Existe um verdadeiro conhecimento da norma, por parte de projetistas e profissionais
da área?
Como estão sendo projetados esses sistemas e como eles realmente estão sendo
executados em diferentes tipos de edificações?
Este trabalho tem como objetivo levantar orientações técnicas e práticas para
implantação de Sistemas de Proteção contra Descargas atmosféricas, utilizando como
embasamento a norma técnica ABNT NBR 5419:2005. Para isso, serão estudados conceitos
sobre descargas atmosféricas, suas características, efeitos e peculiaridades. Analisar-se-ão
também dois tipos de edificações onde já existe o SPDA, sendo verificado in loco as
aplicações da norma e como as estruturas metálicas são utilizadas nessas construções.
Para atingir os objetivos descritos, este trabalho inicialmente irá abordar o fenômeno
das descargas atmosféricas, no Capítulo 2. Em seguida, no Capítulo 3 irá discorrer sobre os
métodos, níveis de proteção e avaliação de riscos de uma estrutura. O Capítulo 4 irá descrever
os subsistemas pelos quais o SPDA é composto. O Capítulo 5 abordará a utilização das
estruturas metálicas no SPDA e a discussão atual sobre o tema. No Capitulo 6, a análise de 2
estudos de casos, com edificações de diferentes fins, onde será verificado como o SPDA foi
implementado nessas estruturas e se as mesmas estão de acordo com a norma técnica.
3
CAPÍTULO 2
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
2.1 HISTÓRICO
Apesar do fenômeno das descargas atmosféricas (FIGURA 2.1) sempre ter causado
transtornos ao logo da história, somente no século XVII, foram iniciadas pesquisas tentando
obter informações sobre as características elétricas dos raios. Nos EUA e na Europa, foram
realizadas experiências para demonstrar o caráter elétrico dos raios, mostrando a possibilidade
de captação das descargas atmosféricas (BENITEZ, 2006).
Figura 2. 1 - Descarga Atmosférica
Fonte: Arquivo pessoal
A fim de provar que os raios são descargas elétricas da natureza, o americano,
cientista e inventor Benjamin Franklin foi precursor de uma famosa experiência ao obter
faíscas entre um fio metálico de uma pipa que ele fez voar durante uma tempestade e objetos
metálicos aterrados. Foi com base neste experimento que Franklin inventou o para-raios. Em
seus escritos, Franklin relata que tinha conhecimento sobre os perigos e os métodos
alternativos para se provar o caráter elétrico dos raios, embora atualmente tenha sido
questionado se o famoso cientista realizou realmente a sua experiência como relata, pois de tal
forma seria fatal.
4
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Franklin propôs, pela primeira vez, um método de proteção contra raios de um
edifício: colocando-se uma ponta metálica 2,5 a 3,0 metros acima da casa e em contato com a
terra, onde ela deveria conduzir a descarga para a terra, sem que o edifício sofra danos. Está é
à base do sistema de proteção conhecido hoje como método Franklin.
A partir de então os estudos sobre sistemas de proteção contra descargas
atmosféricas passaram a ser mais explorados e aprofundados. Atualmente existem três
métodos para se implantar um SPDA: o método Franklin (em homenagem ao inventor do para
raios), o modelo Eletrogeométrico e o método de Faraday, sendo que, a utilização de um dos
métodos acima definirá o nível de proteção do sistema.
2.2 CONCEITO BÁSICO
A descarga atmosférica, também conhecida como raio, consiste numa intensa
descarga elétrica que ocorre na atmosfera. Trata-se de um fenômeno complexo, que se
expressa através do fluxo de uma corrente impulsiva de alta intensidade e curta duração, cujo
percurso de alguns quilômetros parte da nuvem e, em alguns casos, atinge a superfície da
Terra. Para melhor caracterizar este conceito, recorre-se à figura 2.2, onde é mostrado o
registro da onda de corrente de uma descarga real entre nuvem e solo.
Figura 2. 2 - Corrente de uma descarga medida na estação do Morro do Cachimbo
Fonte: Visacro Filho (2005)
Verifica-se que neste caso apresentado, a onda de corrente medida tem sinal de
intensidade negativa, indicando o fluxo de cargas negativas para o solo. O formato impulsivo
da onda também é perceptível na figura. Ocorre que, na fração de microssegundos, a corrente
atinge seu valor máximo, conhecido como valor de pico ou de crista, na ordem de 75.000 A,
5
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
onde, a partir daí, reduz seu valor mais lentamente, atingindo a faixa de 1.000 A
aproximadamente em 500 microssegundos, extinguindo-se totalmente após alguns décimos de
segundo. O valor médio da crista da corrente, de forma geral, pode variar entre 30 kA e 50
kA, dependendo do local da ocorrência. O percurso da corrente pode ter uma extensão
variada, dependendo da natureza da descarga. Usualmente, em uma descarga entre nuvem e
solo, o percurso visível varia de 1 a 3 km, sendo que seu trajeto total pode superar 10 km
(VISACRO FILHO, 2005).
2.3 FORMAÇÃO DE RAIOS
As descargas atmosféricas originam-se frequentemente nas nuvens de tempestades,
conhecida como nuvem Cumulonimbus (INPE, 2011) (VISACRO FILHO, 2005) e podem ser
classificadas em função dos pontos entre os quais a corrente elétrica flui, podendo ocorrer:
Da nuvem para o solo;
Do solo para a nuvem
Entre nuvens;
No interior da nuvem (intra-nuvem);
Da nuvem para estratosfera;
De acordo com os dados da Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas
Atmosféricas (RINDAT), de todos os tipos de descargas, as intra-nuvem são as mais
frequentes, devido ao fato de que a capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função
da diminuição da densidade do ar e também devido às regiões de cargas opostas dentro da
nuvem estarem mais próximas que no caso dos outros relâmpagos. Globalmente, elas
representam cerca de 70% do número total de descargas. Este percentual varia com a latitude
geográfica, sendo em torno de 80-90% em regiões próximas ao equador geográfico e em torno
de 50-60% em regiões de médias latitudes.
Serão abordadas neste trabalho as descargas nuvem-solo, devido ao seu caráter
destrutivo. Elas podem ser divididas em dois tipos, definidas em função do sinal da carga
efetiva transferida da nuvem ao solo: negativas (que correspondem a certa de 90% dos raios) e
positivas.
6
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
A descarga negativa ocorre quando o campo elétrico (FIGURA 2.3), produzido pelas
cargas da nuvem e pelas cargas opostas induzidas na superfície da terra excede a capacidade
isolante do ar, também conhecida como rigidez dielétrica. O processo se inicia com fracas
descargas na região de cargas negativas dentro da nuvem, que se deslocam em direção ao
centro inferior de cargas positivas ao longo de um período de cerca de dez milissegundos,
denominado período de quebra de rigidez preliminar (RINDAT, 2011).
Tem-se início então os chamados canais de descarga descendente, ou líder
descendente, com o rápido movimento de elétrons de uma região de cargas negativas para
uma de cargas positivas.
Este líder descendente segue um caminho em etapas, cada uma delas percorrendo de
30 a 100 m, em busca do trajeto mais fácil para a formação do canal.
Figura 2. 3 - Campo induzido entre nuvem e solo pelo carregamento da base da nuvem
Fonte: Prazeres (2007)
Paralelamente a este processo, ocorre outro semelhante originado do solo onde as
cargas positivas são induzidas e formando um canal ascendente em direção à nuvem
(FIGURA 2.4).
Figura 2. 4 - Canal ascendente e descendente
Fonte: Prazeres (2007)
E – Campo elétrico estabelecido
entre nuvem e solo
7
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Tem-se então o processo de conexão do canal que possibilita a descarga (FIGURA
2.5). No momento em que os canais estão a uma distância mínima crítica, ocorre uma
descarga final que interliga os canais e onde é estabelecida uma corrente, chamada de corrente
de retorno (SILVEIRA, 2006).
Figura 2. 5 - Conexão dos canais ascendentes e descendentes
Fonte: Prazeres (2007)
O aquecimento intenso gerado devido ao fluxo de corrente pelo canal ionizado, com
temperaturas superiores a 3.000 ºC resulta num efeito luminoso intenso, o relâmpago, e na
expansão muito rápida do ar circunvizinho ao canal, com o deslocamento de uma onda sonora
no ar, o trovão (VISACRO FILHO, 2005).
2.4 TENSÃO INDUZIDA POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
A corrente de retorno, que flui pelo canal ionizado constituído entre nuvem e solo
durante o estabelecimento da descarga atmosférica, promove tensões induzidas em corpos
próximos ao ponto de incidência. Tais tensões constituem a principal fonte de danos nas
linhas de distribuição de energia e em circuitos de baixa tensão em geral, incluindo as redes
de telecomunicações. Constituem, ainda, a origem de interferência eletromagnética em
sistemas e equipamentos, que, em muitos casos, resulta na corrupção de dados transmitidos
em sistemas de comunicação através de sistemas elétricos.
Em temporadas de chuvas, pode ocorrer a queima de transformadores nos sistemas
de distribuição e danos em equipamentos sensíveis de unidades consumidoras. Tais danos são
usualmente causados por surtos de tensão, associados a tensões induzidas por descargas,
8
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
introduzindo nas unidades consumidoras através dos condutores dos sistemas de alimentação
de energia e de comunicação.
O fenômeno tensão induzida é complexo e muitos fatores influenciam em sua
intensidade e sua forma. Após a conexão dos canais ascendente e descendente, passa a fluir
uma corrente muito elevada pelo canal de descarga. Tal corrente estabelece um campo
eletromagnético intenso nas proximidades do canal, que se propaga a partir dali. Ao incidir
sobre linhas próximas, o campo estabelece uma onda de tensão entre a linha e o solo ou entre
os condutores da linha, notadamente percebida entre fase e neutro.
Na linha de transmissão, associada à onda de tensão, é também estabelecida uma
onda de corrente. Ambas as ondas se propagam ao longo da linha. Para descargas próximas à
linha, a amplitude destas tensões não raramente ultrapassa a ordem de 100 kV, alcançando
valores suficientes para promover a ruptura do isolamento de redes elétricas de média e baixa
tensão. Para fins de ilustração, a figura 2.6 mostra uma onda real de tensão induzida entre fase
e neutro em uma linha de distribuição experimental. A tensão foi gerada por uma descarga
atmosférica induzida por foguete, cuja corrente de retorno indicada alcançou um valor de pico
de 23 kA (BARKER et al, 1996).
Figura 2. 6 – Onda de tensão induzida medida em linha de distribuição experimental
Fonte: Barker et al (1996)
A compreensão do mecanismo de estabelecimento da tensão induzida em linhas por
descargas atmosféricas pressupõe a abordagem de duas questões fundamentais, ambas de
9
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
natureza complexa: a distribuição do tempo e no espaço da corrente de retorno e o
acoplamento eletromagnético entre o canal de descarga e a linha.
A distribuição da corrente ao longo do canal e a evolução desta no decorrer do tempo
são determinantes da amplitude e forma da tensão induzida, na medida em que tais aspectos
definem o campo eletromagnético que, ao incidir próximas as linhas, é responsável pelo
estabelecimento da tensão induzida. Para descrever os dois aspectos foram desenvolvidos os
chamados Modelos de Corrente de Retorno.
Conhecida a distribuição de corrente, para se determinar o campo eletromagnético
gerado nas imediações do canal, usualmente considera-se o canal constituído por uma
sequencia de elementos filamentares de corrente, de comprimento definido. Em princípio,
admite-se a variação da amplitude e forma da onda corrente ao longo do canal, de acordo com
a indicação do modelo de corrente de retorno adotado. Cada elemento atua como uma fonte
de campo, que contribui para o campo total estabelecido em qualquer ponto próximo. Assim,
a distribuição deste campo no espaço pode ser obtida através da superposição dos efeitos
gerados por todos os elementos de corrente que constituem o canal.
Na existência de corpos condutores longos (como as linhas aéreas) estendidos nas
proximidades do ponto de incidência, os campos gerados são capazes de estabelecer tensões
induzidas nesses corpos. O acoplamento eletromagnético entre a linha e o canal de descarga
(ao longo do qual se localizam os elementos filamentares de corrente que constituem as fontes
de campo) é que determina a forma de interação entre ambos e, por conseguinte, define a
amplitude e o formato da tensão induzida na linha pela descarga. A interação entre o canal e a
linha para estabelecimento desta tensão é descrita pelos designados Modelos de Acoplamento
(SILVÉRIO FILHO, 2005).
2.5 PARÂMETROS DE FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA DE DESCARGAS
Uma informação importante, no que se refere à frequência em que ocorre o
fenômeno das descargas atmosféricas em um determinado local, é a densidade de descarga
local, representada pelo símbolo Ng, que estabelece uma medida do número médio de
descargas que incidem no solo por ano, sendo dado por “descargas / km² / ano” e se refere ao
número de descargas atmosféricas plenas.
A distribuição de chuvas na região, a latitude, o relevo local, são alguns dos muitos
fatores que influenciam o valor do parâmetro de frequência. Regiões montanhosas e altas, ou
10
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
áreas com alto índice de precipitação, apresentam elevados índices de densidade de descarga,
se comparados às regiões baixas adjacentes.
Consequentemente, o índice de densidade varia de uma região geográfica para outra.
A tabela 2.1 mostra valores típicos de densidade de descargas em algumas regiões do planeta:
Tabela 2. 1 - Índice típico de densidade de descargas em algumas regiões
Local Valor típico de Ng (faixa)
Alemanha 1 -1,5
Áustria ~1,5 (1 - 6)
França ~1,7 (0,5 - 5)
Itália ~1,5 (1 - 5)
Austrália 0,2 - 4
África do Sul ~4,0 (0,4 - 14)
Estados
Unidos ~2,0 (0,1 - 14)
México 1 - 10
Brasil 4 (1 - 12)
Fonte: Visacro Filho (2005)
No Brasil, os valores médios de densidade de descargas são elevados,
particularmente em relação àqueles de países localizados nas zonas temperadas. Isso traduz
uma condição usual de maior solicitação de descargas. A figura 2.7 ilustra a distribuição de
dias de trovoada no Brasil.
A partir destes dados, é possível obter o valor de densidade de uma determinada
região através da seguinte equação:
(2.6)
Onde Td é a quantidade de dias de trovoadas / ano (NBR 5419, 2005).
11
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Figura 2. 7 - Mapa de curvas isocerâunicas do Brasil
Fonte: NBR 5419:2005
Embora tal mapa não contemple detalhes, expressando apenas estimativas de valores
médios por macrorregião, ele apresenta como atrativo uma perspectiva integral da distribuição
de descargas no país.
2.6 ASPECTOS DE SEGURANÇA
Os riscos à segurança de seres vivos em decorrência da incidência de descargas
atmosféricas são preocupantes. No Brasil não existem estatísticas oficiais sobre o número de
mortes por descarga, mas estima-se que a cada ano entre 100 e 300 pessoas sejam mortas,
devido à incidência de descargas. No caso da França, por exemplo, os dados apontam um
número médio da ordem de 15 mortes por ano devido a descargas (ANDREWS et al, 1996).
Considerando-se as diferenças entre as áreas territoriais, entre as densidades demográficas e
12
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
entre os índices de incidência de descargas locais, parece razoável uma expectativa superior a
150 mortes por ano no Brasil.
É possível minimizar esse número de acidentes se forem entendidas as situações
críticas de exposição a riscos por descargas, apesar da sua natureza aleatória, identificados os
mecanismos que determinam a morte e forem projetadas medidas preventivas adequadas.
2.6.1 Acidentes típicos associados a descargas atmosféricas
As mortes ou ferimentos causados pelas descargas decorrem do fluxo de corrente
pelo corpo humano. É possível caracterizar as ocorrências típicas que determinam a
circulação da corrente de descarga (ou parcela da mesma) pelo corpo. Tais acidentes podem
ser separados em dois tipos: aqueles associados à incidência direta de descargas e aqueles em
que a corrente de uma descarga próxima é transmitida por um corpo condutor e submetem
seres posicionados a alguma distância do ponto de incidência. Muitas vezes, condutores de
redes de energia e comunicação e corpos metálicos longos, como cercas de arame, são
responsáveis por tal transferência de corrente. Algumas situações típicas de acidentes por
descarga, associados à incidência direta, serão comentadas em seguida.
Descarga Direta: na incidência de uma descarga direta sobre um ser humano,
valores muito elevados de corrente impulsiva podem circular pelo corpo da
vítima. A corrente se distribui parcialmente pelo interior do corpo (corrente
volumétrica) e parcialmente pela superfície do mesmo.
Descarga Lateral: quando uma descarga incide sobre objetos elevados, durante o
percurso para o solo a corrente de retorno pode procurar caminhos de menor
impedância, onde é comum ocorrerem descargas elétricas no ar, fechando um
circuito entre árvores atingidas e o corpo de pessoas e animais abrigados sobre
estas.
Descargas por contato: ocorre quando a vitima está em contato direto com um
corpo que constitui caminho de eventual corrente de descarga, no percurso da
mesma para o solo. Neste caso, uma parte da corrente pode ser drenada para o
solo através do corpo da vítima.
Descarga para múltiplos pontos: atribuída a um tipo de ocorrência, que acomete
simultaneamente diversas vítimas, incluindo descarga direta para mais de uma
13
CAPÍTULO 2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
vítima, e usualmente descargas laterais para vítimas próximas daquelas atingidas
diretamente.
Acidente por tensão de passo: ao incidir em estruturas elevadas, em corpos e
objetos em geral a corrente de descarga é injetada neste meio, sendo ali
dispersada. Ao se distribuir no solo, a corrente promove uma elevação de
potencial no solo que estabelece uma distribuição de potenciais na superfície
deste, que pode submeter pessoas e animais eventualmente próximos ao local.
Uma pessoa pode ficar submetida à diferença de potencial por ter contato com o
solo em dois pontos que possuem potenciais diferentes, promovendo então o
percurso de corrente pelo corpo e, eventualmente, ocasionar parada
cardiorrespiratória.
14
CAPÍTULO 3
PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
A decisão de se proteger uma estrutura contra os raios pode ser uma exigência legal,
uma precaução do proprietário para evitar prejuízos ou ainda uma exigência das companhias
de seguro, já que os raios são causas de danos físicos e incêndios. As normas, em especial a
ABNT NBR 5419:2005, devem fornecer subsídios para os legisladores, agentes de seguro e
proprietários decidirem quando há necessidade de proteção. Podem-se destacar duas funções
principais dos para-raios:
Reduzir os prejuízos, riscos e danos causados por descargas atmosféricas.
Neutralizar a descarga atmosférica para a terra.
Neste capítulo, serão abordados os níveis de proteção para diversos tipos de
estruturas, seus níveis de eficiência e os efeitos das descargas atmosféricas em estruturas.
Além disso, será abordado também o método normalizado pela NBR 5419:2005 para
determinar se uma estrutura necessita ou não de um SPDA e como determinar o nível de
proteção para o sistema que atuará em uma determinada estrutura.
3.1 NÍVEIS DE PROTEÇÃO
O grau de eficiência requerido de um SPDA em determinadas aplicações, e/ou a
probabilidade que esta estrutura apresenta de ser atingida por uma descarga atmosférica são os
parâmetros que definem o nível de proteção de um SPDA. Uma vez seguidos os critérios da
norma ABNT NBR 5419:2005 para cada um dos níveis de proteção, e obedecidos os
dimensionamentos recomendados para as distâncias e para os materiais, estarão definidas as
eficiências globais teóricas esperadas para cada nível de proteção, como pode ser visto na
tabela 3.1:
15
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Tabela 3. 1 - Nível de proteção e eficiência de um SPDA
Nível de Proteção Riscos Eficiência
I Risco muito elevado 98%
II Risco elevado 95%
III Risco normal 90%
IV Baixo risco 80%
Fonte: NBR 5419:2005
Deve-se salientar que, devido ao fato de que a probabilidade de o raio cair no SPDA
ser variável, não há a garantia de proteção, mas apenas uma estimativa de proteção. O sistema
de proteção utilizado não está relacionado com a probabilidade de queda do raio na estrutura,
mas sim com a sua eficiência de captar e conduzir o raio à terra.
Estruturas contendo explosivos ou materiais inflamáveis, tais como tanques de
armazenamento de combustíveis, requerem um nível mais alto de proteção, ou seja, requerem
a maior eficiência possível para o SPDA. Todavia, outros tipos de estruturas, necessitam de
uma avaliação prévia para se determinar se existe a necessidade de instalação de um SPDA.
3.2 MÉTODO DO NÍVEL DE PROTEÇÃO
Em muitos casos a necessidade de aplicar um sistema de proteção contra descargas
atmosféricas é evidente, por exemplo:
Locais de grande afluência de público;
Locais que prestam serviços públicos essenciais;
Áreas com alta densidade de descargas atmosféricas;
Estruturas isoladas, ou com altura superior a 25 m;
Estruturas de valor histórico ou cultural;
A seguir, será apresentado um método para determinar se um SPDA é, ou não
exigido, e qual o nível de proteção aplicável. No entanto, alguns fatores não podem ser
avaliados e podem sobrepujar todas as demais considerações. Por exemplo, o fato de que não
deve haver qualquer risco de vida evitável, ou de que os ocupantes de uma estrutura devem se
sentir sempre seguros, pode determinar a necessidade do SPDA, mesmo nos casos em que a
proteção seria normalmente dispensável. Nestas circunstâncias, deve-se recomendar uma
16
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
avaliação que considere o risco de exposição (isto é, o risco de a estrutura ser atingida pelo
raio), e ainda os seguintes fatores:
O tipo de ocupação da estrutura;
A natureza de sua construção;
O valor de seu conteúdo, ou os efeitos indiretos;
A localização da estrutura;
A altura da estrutura;
3.3 A ESCOLHA DO NÍVEL DE PROTEÇÃO
A escolha do nível de proteção adequado deve ser baseada nas características e
necessidades da estrutura a ser protegida. Por exemplo, se a estrutura tem uma grande
afluência de pessoas ou não, se abriga produtos ou materiais inflamáveis, se na instalação
funcionam serviços que não podem ser interrompidos, tais como hospitais e prisões. Esses
níveis, de acordo com a NBR 5419:2005, são designados da seguinte maneira:
Nível I - Destinado às estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode
causar danos às estruturas vizinhas ou ao meio ambiente.
Nível II - Destinados às estruturas cujos danos em caso de falha serão elevados ou
haverá destruição de bens insubstituíveis e/ou de valor histórico, mas em qualquer
caso, se restringirão a estrutura ou seu conteúdo; incluem-se também aqueles casos de
estruturas com grande aglomeração de público, havendo, portanto, risco de pânico.
Nível III - Destinados às estruturas de uso comum, como residências, escritórios,
fábricas (excluindo aquelas com áreas classificadas) e outras.
Nível IV - Destinados às estruturas construídas de material não inflamável, com pouco
acesso de pessoas, e com conteúdo não inflamável.
A tabela 3. 2 apresenta exemplos de classificação dos níveis de proteção, levando em
consideração o tipo das estruturas e os efeitos das descargas atmosféricas.
17
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Tabela 3. 2 - Exemplo de classificação das estruturas
Classificação da
estrutura Tipo da estrutura Efeitos das descargas atmosféricas
Nível de
proteção
Estruturas comuns
(1)
Residências
Perfuração da isolação de instalações
elétricas, incêndio, e danos materiais;
Danos normalmente limitados a objetos
no ponto de impacto ou no caminho do
raio;
III
Fazendas,
estabelecimentos
agropecuários
Risco direto de incêndio e tensões de
passo perigosas;
Risco indireto devido à interrupção de
energia e risco de vida para animais
devido à perda de controles eletrônicos,
ventilação, suprimento de alimentação e
outros;
III ou IV(2)
Teatros, escolas,
lojas de
departamento, áreas
esportivas e igrejas.
Danos às instalações elétricas (por
exemplo: iluminação) e possibilidade de
pânico;
Falha do sistema de alarme contra
incêndio, causando atraso no socorro;
II
Bancos, companhias
de seguro,
companhias
comerciais, e outros.
Como acima, além de efeitos indiretos
com a perda de comunicações, falhas dos
computadores e perda de dados
II
Hospitais, casa de
repouso e prisões.
Como para escolas, além de efeitos
indiretos para pessoas em tratamento
intensivo e dificuldade de resgate de
pessoas mobilizadas;
II
Indústrias
Efeitos indiretos conforme o conteúdo
das estruturas, variando de danos
pequenos a prejuízos inaceitáveis e perda
de produção;
III
Museus e locais
arqueológicos
Perda de patrimônio cultural
insubstituível II
Estruturas com
risco confinado
Estações de
telecomunicações,
usinas elétricas,
Indústrias.
Interrupção inaceitável de serviços
públicos por breve ou longo período de
tempo;
Risco indireto para as imediações devido
aos incêndios, e outros com risco de
incêndio;
I
Estruturas com
risco para os
arredores
Refinarias, postos de
combustível,
fábricas de fogos,
fábricas de munição.
Risco de incêndio e explosão para a
instalação e seus arredores I
Estruturas com
risco para o meio
ambiente
Indústrias químicas,
usinas nucleares,
laboratórios
bioquímicos.
Risco de incêndio e falhas de operação,
com consequências perigosas para o
local e para o meio ambiente;
I
18
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Notas:
1) ETI (equipamentos de tecnologia da informação) podem ser instalados em todos os tipos de estruturas,
inclusive estruturas comuns. É impraticável a proteção total contra danos causados pelos raios dentro destas
estruturas; não obstante, devem ser tomadas medidas (conforme a NBR 5410) de modo a limitar os prejuízos a
níveis aceitáveis;
2) Estruturas de madeira: nível III; outras estruturas nível IV. Estruturas contendo produtos agrícolas
potencialmente combustíveis (pós de grãos) sujeitos a explosão são considerados com risco para arredores.
Fonte: NBR 5419:2005
3.4 AVALIAÇÃO DO RISCO 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 descarga atmosférica para a terra (Ng - descrito na sessão 2.4) é
dada através do mapa isocerâunico de uma região, sendo este valor utilizado no cálculo da
frequência média anual previsível (Nd) de descargas atmosféricas sobre uma estrutura, que
será descrito mais a frente. Como exemplo, a figura 3.1 mostra o mapa isocerâunico do estado
do Paraná.
Figura 3. 1 - Mapa isocerâunico do estado do Paraná
Fonte: Coutinho, Altoé (2003)
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. Esta será
outra variável para o cálculo da Nd. Os limites da área de exposição equivalente estão
afastados do perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no
ponto considerado. Assim, para uma estrutura retangular simples de comprimento L, largura
19
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
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. Então, conforme a figura 3.2, resulta:
(3.1)
Figura 3. 2 - Delimitação da área de exposição equivalente (Ae) - Estrutura vista de Planta
Fonte: NBR 5419:2005
Então, a frequência média anual previsível Nd de descargas atmosféricas sobre uma
estrutura é dada por:
(3.2)
Para a frequência média anual admissível de danos Nc, valem os seguintes limites:
Riscos maiores que 10-3
(isto é, 1 em 1.000) por ano são considerados
inaceitáveis;
Riscos menores que 10-5
(isto é, 1 em 100.000) por ano são, em geral,
considerados aceitáveis.
A probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio, ou seja, de quantos em
quantos anos é provável que, em média, caia um raio sobre a mesma é, pois, facilmente
calculável pela expressão (3.2). A partir desse número é possível - levando-se em conta
fatores como: o material de que é construída, a finalidade, a ocupação, os conteúdos, a
existência de estruturas nas vizinhanças e o tipo de terreno – determinar o risco de haver
20
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
algum dano a essa estrutura por ocasião da incidência de uma descarga atmosférica na sua
área de atração.
A vantagem deste método é que ele fornece um número a partir do qual a proteção é
obrigatória, tornando a avaliação um processo objetivo. A NBR 5419:2005 considera as
várias situações relativas às estruturas e suas vizinhanças e estabelece para elas fatores de
ponderação que, multiplicados pela probabilidade de queda de raio na sua área de atração,
dará o risco de dano à estrutura resultando em dano pessoal.
Depois de determinado o valor de Nd, o passo seguinte é a aplicação dos fatores de
ponderação mencionados, que são traduzidos em números através de tabelas. Estes fatores
denotam a importância relativa do risco em cada caso. Após multiplicar o valor de Nd pelos
fatores pertinentes, é comparado o resultado com a frequência admissível de danos Nc,
conforme o seguinte critério:
Se Nc ≥ 10-3
, a estrutura requer SPDA;
Se 10-3
> Nc > 10-5
, a conveniência de um SPDA deve ser tecnicamente
justificada e decidida por acordo entre projetista e usuário;
Se Nc ≤ 10-5
, a estrutura dispensa um SPDA.
As tabelas 3.3 a 3.7 indicam os fatores de ponderação que deverão ser aplicados. Na
tabela 3.5, o termo “efeitos indiretos” refere-se não apenas aos danos materiais sobre a
estrutura, mas também à interrupção de serviços essenciais de qualquer natureza,
principalmente em hospitais. Para estruturas destinadas a atividades múltiplas, deve ser
aplicado o fator de ponderação A (TABELA 3.3) correspondente ao caso mais severo. (NBR
5419:2005)
Tabela 3. 3 - Fator A: Tipo de ocupação da estrutura
Tipo de ocupação Fator A
Casas e outras estruturas de porte equivalente; 0,3
Casas e outras estruturas de porte equivalente com antena; 0,7
Fábricas, oficinas e laboratórios; 1
Edifícios de escritórios, hotéis e apartamentos, e outros edifícios
residenciais não incluídos abaixo; 1,2
Locais de afluência de público (igrejas, pavilhões, teatros, museus,
exposições, lojas de departamento, correios, aeroportos); 1,3
Escolas, hospitais, creches e outras instituições, estruturas de múltiplas
atividades; 1,7
21
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Tabela 3. 4 - Fator B: Tipo de construção da estrutura
Tipo de ocupação 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
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
Tabela 3. 5 - Fator C: Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosféricas
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
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
Tabela 3. 6 - Fator D: Localização da Estrutura
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
Estrutura completamente isolada, ou que ultrapassa, no mínimo, duas vezes a
altura de estruturas ou árvores próximas 2
Tabela 3. 7 - Fator E: Topografia da Região
Topografia Fator E
Planície 0,3
Elevações moderadas, colinas 1
Montanhas entre 300 m e 900 m 1,3
Montanhas acima de 900 m 1,7
22
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
3.5 MÉTODOS DE PROTEÇÃO
Uma vez constatada a necessidade da proteção de uma dada estrutura e determinado
o nível de proteção a ser utilizado, temos algumas alternativas a serem analisadas e uma dada
sequência de cálculos a serem executados para se obtiver, finalmente, o projeto mais
adequado, tanto do ponto de vista técnico como do estético e de custo. Deve-se, inicialmente,
chamar a atenção para a necessidade de um planejamento do sistema de proteção ainda na
fase de projeto da estrutura. O engenheiro eletricista encarregado do sistema de proteção deve
fazer parte da equipe de projeto com o arquiteto e o engenheiro civil, para que as soluções
adotadas não venham a entrar em conflito nem encarecer desnecessariamente a obra.
O custo do sistema de proteção contra descargas atmosféricas está relacionado com o
momento em que o responsável pelo projeto é chamado para planejá-la. Tem-se um custo
mínimo se o planejamento do sistema começar junto com o início do projeto e será máximo se
só se começar a pensar no sistema de proteção quando o prédio estiver pronto. Neste último
caso, tem-se sérias divergências entre o arquiteto, o engenheiro civil, o empreiteiro e o
projetista do sistema de proteção. Deve-se atentar a fatores como o aspecto estético, locais
para os componentes do SPDA que por ventura venham a comprometer a estrutura e os custos
previstos para a obra.
O projeto do sistema de proteção deve, enfim, ser definido por toda a equipe de
projetos e as responsabilidades claras e registradas, assim como possíveis alterações durante a
execução.
Visto as considerações citadas, o próximo passo é a escolha do método de proteção,
que são maneiras diferentes de se captar as descargas atmosféricas, uma vez que os
subsistemas de descida e aterramento são os mesmos (Os subsistemas do SPDA serão
descritos no próximo capítulo). A NBR-5419:2005 reconhece três métodos de captação das
descargas atmosféricas: Modelo Eletrogeométrico, Método de Franklin e o método da Gaiola
de Faraday.
Basicamente existem duas filosofias de proteção, onde um deles é utilizado pelos
métodos Franklin e Eletrogeométrico. Este método utiliza-se de condutores suspensos ou
hastes metálicas verticais denominadas de terminais aéreos (para-raios), já o outro princípio
utilizado pelo método Faraday, dispõe de condutores horizontais não-suspensos que formam
uma malha apoiada na estrutura.
23
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Os métodos Franklin e Eletrogeométrico diferem quanto ao modelo matemático
utilizado: o método Franklin é baseado apenas em observações, enquanto que o método
Eletrogeométrico utiliza um modelamento estudado e comprovado nas linhas de transmissão e
subestações. A tendência mundial é o desaparecimento do método Franklin, mantido em
algumas normas apenas para facilitar uma evolução gradual para o método Eletrogeométrico.
Alguns países já não mais utilizam o método Franklin (notadamente, Estados Unidos e
Dinamarca). Estes três métodos serão discutidos a seguir.
3.5.1 Modelo Franklin
Também conhecido como método do ângulo de proteção, consiste em se determinar
o volume de proteção propiciado por um cone, cujo ângulo de geratriz com a vertical varia
segundo o nível de proteção desejado e para uma determinada altura de construção
(CREDER, 2000). Na tabela 3.8 pode se obter o ângulo de proteção contra as descargas
atmosféricas para diversas alturas de construção.
Tabela 3. 8 - Ângulo de proteção do método Fraklin
Nível de
Proteção
Altura da estrutura a ser protegida
0 a 20 m 21 a 30 m 31 a 45 m 46 a 60 m
I 25° Não se aplica Não se aplica Não se aplica
II 35° 25° Não se aplica Não se aplica
III 45° 35° 25° Não se aplica
IV 55° 45° 35° 25°
Fonte: NBR 5419:2005
3.5.1.1 Determinação do ângulo e volume de proteção
Determinar o ângulo de proteção (FIGURA 3.3) sempre foi à questão mais discutida
neste método de proteção, uma que este pode variar de 30° até 90°. Na proteção de linhas de
transmissão pode-se usar até ângulo negativo (o ângulo de proteção é dito negativo quando o
cabo para-raios está colocado para fora da fase mais externa da linha de transmissão),
considerado necessário nas altas tensões, uma vez que as alturas das torres são muito grandes
(NOLETO, 2006).
Durante dezenas de anos não houve preocupação com a altura do captor, admitindo-
se que o ângulo de proteção era o mesmo qualquer fosse à altura da haste ou do cabo
24
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
horizontal. Atualmente, a NBR 5419:2005 define o ângulo de proteção conforme a altura,
como foi visto na tabela 3.8.
Para sabermos se uma dada estrutura está dentro do volume de proteção, no caso do
método Franklin, deve-se verificar se toda estrutura está dentro do volume de proteção dos
cones ou dos condutores horizontais suspensos. Para isso, verifica-se a posição dos captores
tanto em plantas como em elevação e cortes laterais.
Figura 3. 3 - Cone de proteção pelo Método de Franklin
Fonte: NBR 5419:2005
Para casos de telhados planos costuma-se determinar a intersecção dos cones de
proteção com o plano do teto, traçando-se sobre a planta do teto as circunferências com os
raios correspondentes a alturas das hastes e do ângulo de proteção escolhido. O raio da
circunferência será h * tg α, onde h é a altura da ponta do captor em relação ao plano do teto e
α é o ângulo de proteção. Os valores de tg α são mostrados, de acordo com o nível de
proteção, na tabela 3.9:
Tabela 3. 9 - Variação da tangente de acordo com o Nível de proteção
Nível de proteção α tg α
I 25 0,46
II 35 0,7
III 45 1
IV 55 1,43
Fonte: NBR 5419:2005
25
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
3.5.2 Modelo Eletrogeométrico
Também conhecido como método da esfera rolante ou fictícia (FIGURA 3.4) é
bastante indicado para estruturas com formas arquitetônicas complexas ou com grandes
alturas, sendo baseados em estudos realizados a partir da medição dos parâmetros dos raios,
de registros fotográficos, em técnicas de simulação, ensaios de laboratórios e modelagem
matemática. Inicialmente, este método surgiu com a necessidade de um modelo para se
aplicar às linhas de transmissão, sendo depois adaptado para atender as estruturas.
Figura 3. 4 - Exemplo do modelo da esfera rolante e zoom do local de captação
Fonte: Coutinho; Altoé (2003)
Nas descargas nuvem-solo negativa, que são as mais perigosas, o raio é precedido
por um canal ionizado descendente (líder), que se desloca no espaço em saltos sucessivos de
algumas dezenas de metros. A esfera fictícia, pela qual também é conhecido o modelo
Eletrogeométrico, representa uma esfera de centro na extremidade do líder descendente e raio
igual ao comprimento de todos os saltos antes do último, onde sua superfície representa o
lugar geométrico dos pontos a serem atingidos pela descarga atmosférica. A distância R (ver
FIGURA 3.5) pode ser definida como o comprimento do último trecho a ser vencido pelo
líder descendente, sendo que esse comprimento será igual ao raio da semiesfera fictícia que
simulam os pontos a serem atingidos pela descarga.
26
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Figura 3. 5 - Conceito da distância R (raio da esfera fictícia)
Fonte: NBR 5419:2005
Conforme a NBR 5419:2005, a distância R 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 pela Equação 3.3. A tabela
mostra os valores de R em função do nível de proteção exigido e os valores de crista da
corrente de raio.
(3.3)
R – dado em metros;
Imax – valor de crista máximo do primeiro raio negativo, em kA (NBR 5419, 2005);
Tabela 3. 10 - Distância R em função da crista da corrente do raio
Nível de proteção Distância R (m) Valor de crista de Imax
(kA)
I 20 3,7
II 30 6,1
III 45 10,6
IV 60 16,5
Fonte: NBR 5419:2005
27
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
3.5.2.1 Determinação do volume de proteção
O procedimento para se determinar o volume a ser protegido por um captor com h <
R pode ser acompanhado através da figura 3. 6, sendo h a altura do captor e R o raio da esfera
fictícia. Inicialmente, traça-se uma reta paralela ao plano do solo com altura R, em seguida
traça-se um arco de circunferência com o centro no topo do captor com raio igual a R,
encontrando a intersecção entre a reta e o arco de circunferência denominado de ponto P.
Logo após, com o centro em P e com o mesmo raio R traça-se um arco de circunferência
passando pelo topo do captor até o solo. Então, como existe uma simetria, basta girar a figura
em 360º que se obterá o volume de proteção delimitado pela área A para um captor com h <
R. Para se determinar o volume de proteção por um captor com altura maior que o raio de
atração ver o Anexo C da NBR 5419:2005.
Figura 3. 6 - Volume de proteção do captor h<R
Fonte: NBR 5419:2005
Se ao invés de uma haste vertical for utilizado um condutor horizontal suspenso,
basta replicar o arco de circunferência com centro em P para o lado oposto de maneira
simétrica e deslocar a figura na direção perpendicular ao plano de terra e paralelo ao condutor
que se obterá o volume de proteção em forma de uma tenda conforme a figura 3. 7. Em ambos
os casos a estrutura a ser protegida deverá estar locada dentro do volume de proteção para não
ser atingida por uma descarga atmosférica. (LEITE; LEITE, 2001).
28
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Figura 3. 7 - Volume de proteção por um condutor horizontal suspenso
Fonte: Leite; Leite (2001)
3.5.3 Gaiola de Faraday
Este método consiste em dispor por todos os lados do volume a ser protegido uma
malha de condutores fixados na estrutura, sendo baseado na teoria de Faraday, na qual o
campo no interior de uma gaiola formada por condutores que conduzem uma corrente
qualquer é nulo, independente do valor da corrente. No entanto, para que o campo seja nulo é
necessário que a corrente se distribua uniformemente por toda a gaiola – sabe-se que o campo
é nulo exatamente no centro da gaiola. Nas proximidades dos condutores haverá um campo
que poderá gerar tensões induzidas em outros condutores que estiverem em paralelo com os
condutores da malha.
A distância entre os condutores ou a abertura da malha está relacionada com o nível
de proteção desejado: quanto menor a distância entre os condutores da malha melhor será a
proteção obtida. Para obter os mesmos níveis de proteção do método Franklin, foi fixada pela
norma européia IEC-61024-I as distâncias mínimas com os respectivos níveis de proteção. Na
figura 3. 8 “A” representa a largura da malha, enquanto que “B” representa a distancia entre
os terminais aéreos.
29
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Figura 3. 8 - Malha do método de Faraday sobre a estrutura
Fonte: NFPA 780 (2000)
A IEC-61024-I apenas fixou as medidas da largura da malha, no entanto é comum
adotar o comprimento como sendo igual a 1.5 a 2 vezes a largura. Com isso a NBR 5419:2005
fixou as medidas do comprimento de acordo com a Tabela 3. 11.
Tabela 3. 11 - Dimensões da malha pelo método Faraday
Nível de proteção Largura máxima da
malha
Comprimento da
malha
I 5 < 10
II 10 < 20
III 10 < 20
IV 20 < 40
Fonte: NBR 5419:2005
3.5.4 Escolha do método
O método Franklin era o mais usado no Brasil por ser o único previsto na antiga
norma NB 165, sendo o de cálculo manual mais fácil, embora mais trabalhoso. Seu emprego
vem diminuindo no caso de edifícios de áreas grandes, porque se forem feitas as interligações
entre os captores para diminuir os campos magnéticos e as tensões ao longo das descidas, se
obtém uma malha sobre o teto da estrutura que estará protegida pelo método de Faraday. Os
captores de 2, 3 ou 4 metros poderão ser substituídos por pequenos captores de 30, 40 ou 50
cm, para proteção dos condutores da malha. Uma vantagem dos captores altos é afastar a
descarga do teto, diminuindo o risco de danos às telhas pela ação do deslocamento de ar
proveniente da descarga.
30
CAPÍTULO 3. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
Leite e Leite (2001) comprovam, através de cálculos, que o método Eletrogeométrico
tem uma eficiência maior do que o método Franklin. A tendência é a proteção Franklin se
restringir as pequenas estruturas (residências e prédios pequenos).
No entanto, ao se fazer comparação entre o método da gaiola de Faraday e o método
Eletrogeométrico chega-se à conclusão de que na maioria dos casos o método Faraday
apresenta maiores vantagens quando empregado em uma mesma proteção que o método
Eletrogeométrico. Algumas dessas vantagens são melhor estética, menor geração de campos
no interior das estruturas, menor custo quando implementado em pequenas construções,
porém para construções maiores o método Eletrogeométrico apresenta-se mais econômico.
Recomenda-se a utilização, independente do método de proteção, de hastes verticais
nas junções e ao longo dos condutores da malha de proteção distanciadas por cerca de 5 a 8
m, o comprimento mínimo das hastes verticais deve ser de 30 cm. Esta técnica deve ser
empregada para evitar a possibilidade dos condutores da malha serem danificados no ponto de
impacto.
31
CAPÍTULO 4
SUBSISTEMAS DO SPDA
Independente do nível de proteção ou do método adotado um SPDA possui três
subsistemas de componentes:
Subsistema captor;
Subsistema de descida;
Subsistema de aterramento.
Esses subsistemas serão abordados a seguir, citando tópicos como características,
composição, construção e dimensionamento baseados na norma NBR 5419:2005.
4.1 SUBSISTEMA DE CAPTORES
Pode ser definido como a parte do SPDA externo destinado a interceptar as descargas
atmosféricas, ou seja, tem a função de receber os raios, reduzindo ao mínimo a probabilidade
da estrutura ser atingida. A depender do método de proteção adotado os captores poderão ser
hastes (Método Franklin ou Modelo Eletrogeométrico), condutores horizontais que percorrem
todo o perímetro da construção formando malhas ou anéis (Gaiola de Faraday), além de
captores naturais, tais como mastros, tubos e tanques metálicos, postes, entre outros elementos
condutores salientes nas coberturas.
Os elementos condutores expostos devem ser analisados para certificar se as suas
características são compatíveis com os critérios estabelecidos para elementos captores.
Elementos condutores expostos que não possam suportar o impacto direto do raio devem ser
colocados dentro da zona de proteção de captores específicos, integrados ao SPDA (NBR
5419, 2005).
No dimensionamento deve ser considerado que o captor sofrerá grandes esforços no
ponto de impacto, devendo o captor ser construído com um material que apresente alto
32
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
ponto de fusão e alta resistência mecânica. Além de suportar os esforços eletromecânicos
consequentes das descargas atmosféricas e a corrosão oriunda dos agentes atmosféricos.
Figura 4. 1 - Captor tipo Franklin
Fonte: Noleto (2006)
A NBR 5419:2005 apresenta alguns aspectos construtivos que devem ser observados
em um projeto de SPDA no que diz respeito ao subsistema de captores:
Para um SPDA isolado, a distância entre o subsistema captor e instalações
metálicas do volume a proteger deve ser maior que 2 m;
Para um SPDA não isolado, o subsistema captor pode ser instalado
diretamente sobre o teto ou a uma pequena distância, desde que a corrente de
descarga não possa causar qualquer dano, o que pode ocorrer se o material for
inflamável;
No topo das estruturas, em especial naquelas com altura superior a 10 m,
recomenda-se instalar um captor em forma de anel, disposto ao longo de todo
perímetro. Este captor não deve estar situado a mais de 0,5 m da borda do
perímetro superior da edificação. Esta é uma recomendação suplementar e
não exclui a necessidade de outros captores, quando determinados em
projeto.
33
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
4.1.1 Captores Naturais
Captores naturais são todos os elementos pertencentes à estrutura que sejam
condutores e estejam expostos, os quais do ponto de vista físico possam ser atingidos por
descargas atmosféricas. Estes elementos devem ser considerados como parte do SPDA.
Coberturas metálicas sobre o volume a proteger, mastros, rufos, calhas, guarda-
corpos, tubos, são alguns exemplos de elementos metálicos que podem ser utilizados como
captores naturais. Estes elementos condutores expostos devem ser analisados para certificar se
as suas características soam compatíveis com os critérios estabelecidos para elementos
captores. Segundo a NBR 5419:2005 um elemento condutor exposto para ser considerado
como captor natural deverá satisfazer as seguintes condições:
i. A espessura do elemento metálico não deve ser inferior a 0,5 mm ou conforme
indicado na Tabela 4. 1, quando for necessário prevenir contra perfurações ou pontos
quentes no volume a proteger;
ii. A espessura do elemento metálico pode ser inferior a 2,5 mm, quando não for
importante prevenir contra perfurações ou ignição de materiais combustíveis no
volume a proteger;
iii. O elemento metálico não deve ser revestido de material isolante (não se considera
isolante uma camada de pintura de proteção, ou 0,5 mm de asfalto, ou 1 mm de PVC);
iv. A continuidade elétrica entre as diversas partes deve ser executada de modo que
assegure durabilidade;
v. Os elementos não metálicos acima ou sobre o elemento metálico podem ser excluídos
do volume a proteger (em telhas de fibrocimento, o impacto do raio ocorre
habitualmente sobre os elementos metálicos de fixação).
34
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
Tabela 4. 1 - Espessuras mínimas dos componentes do SPDA
Material Captores
Descida 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
NPQ - Não gera ponto quente
NPF - Não perfura
PPF - Pode perfurar
Fonte: NBR 5419:2005
Os raios não terão preferência por captores específicos colocados com a intenção de
atraí-los. Os raios incidirão em geral sobre elementos condutores aterrados, ainda que não
intencionalmente, na cobertura dos edifícios. Se o aterramento de elementos naturais for
inadequado para a condução da corrente do raio, podem resultar acidentes como arcos,
explosões ou outras manifestações indesejadas (MIRANDA, 2003b).
4.2 SUBSISTEMAS DE DESCIDAS
Após a descarga atmosférica ter sido recebida pelo sistema de captores, as correntes
correspondentes deverão ser conduzidas ao sistema de aterramento por um conjunto de
condutores denominados condutores de descida (lightning conductors ou down conductors).
O numero de condutores utilizados, o distanciamento entre eles e a respectiva secção
transversal deverão ser escolhidos de maneira que:
Os condutores suportem térmica e mecanicamente as correntes;
Não haja descargas laterais;
Os campos eletromagnéticos internos sejam mínimos;
Não haja risco para as pessoas próximas;
Suportem o impacto dos raios (nas estruturas altas);
Não haja danos às paredes (se forem inflamáveis);
35
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
Deve-se considerar que as correntes do raio procurarão naturalmente caminhos
externos à estrutura e seguirão os percursos mais curtos e retilíneos. Se não oferecermos esses
caminhos, elas os procurarão com riscos de danos às estruturas, às pessoas e aos
equipamentos internos.
Estruturas metálicas de torres, postes e mastros, assim como as armaduras de aço
interligadas de postes de concreto, constituem descidas naturais até a base das mesmas,
dispensando a necessidade de condutores de descida paralelos ao longo da sua extensão (NBR
5419, 2005). Além de pilares metálicos da estrutura, elementos da fachada como perfis e
suportes metálicos, desde que suas seções sejam no mínimo iguais às especificadas para
condutores de descidas conforme Tabela 4. 1, também poderão ser utilizados como
condutores de descida naturais.
4.2.1 Materiais e Dimensões para as descidas
Poderão ser utilizados condutores de cobre, alumínio ou aço galvanizado a quente. A
escolha entre esses materiais deve ser feita considerando a poluição do ambiente e o custo. O
cobre é em geral o mais utilizado no Brasil, porém é mais caro, além de apresentar, em alguns
casos, maior corrosão que o alumínio e o aço galvanizado, devendo-se, considerar a
compatibilidade de materiais diferentes nas junções e conexões.
A secção transversal mínima especificada pela norma NBR 5419:2005 é a calculada
pelos efeitos térmicos e eletrodinâmicos causados pela passagem da corrente das descargas
atmosféricas. No caso de prédios de até 20 metros de altura, os efeitos térmicos são apenas os
da passagem de corrente e, para os acima de 20 metros de altura, onde pode haver descargas
laterais, são considerados também os efeitos do arco elétrico no ponto de impacto.
Tabela 4. 2 - Seções mínimas das descidas do SPDA
Material Altura da Estrutura
Até 20 m Acima de 20 m
Cobre 16 mm² 35 mm²
Alumínio 25 mm² 70 mm²
Aço galvanizado 50 mm² 50 mm²
Fonte: NBR 5419:2005
36
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
As descidas devem estar distribuídas ao longo do perímetro das estruturas e com um
espaçamento máximo de acordo com o nível de proteção, visto na tabela 4.3:
Tabela 4. 3 - Espaçamentos máximos conforme nível de proteção
Nível Espaçamento Máximo
I 10 m
II 15 m
III 20 m
IV 25 m
Fonte: NBR 5419:2005
A NBR 5419:2005 estabelece, no mínimo, duas descidas para o SPDA. Quanto
melhor for a distribuição das descidas e maior o seu número, menores serão os campos
eletromagnéticos no interior da estrutura e menores os riscos pessoais próximos às descidas na
parte externa. As correntes não se distribuem uniformemente entre as várias descidas
especialmente quando o raio cai numa das arestas da estrutura, o que é o caso mais comum.
Quando isso acontece, aproximadamente 50% da corrente escoam para a terra pelo condutor
de descida da aresta. Como a corrente tende a seguir o caminho de descida mais curto as
descidas não devem formar laços, pois estes aumentam a indutância e podem dar origem a
descargas perigosa com risco de incêndio.
Outro ponto a ser considerado nas descidas é a garantia da sua continuidade elétrica.
Em condutores de descidas não naturais (onde não são utilizadas as estruturas metálicas da
edificação e sim as descidas externas, através de cabos) não são admitidas emendas nos
condutores de descida, exceto na interligação entre o condutor de descida e o condutor de
aterramento. Estes cabos devem ser protegidos contra danos mecânicos até, no mínimo, 2,5 m
acima do nível do solo. A proteção deve ser por eletrodutos rígidos de PVC ou metálico sendo
que, neste ultimo caso, o cabo de descida deve ser conectado as extremidades superior e
inferior do eletroduto (NBR 5419, 2005).
Quanto a decidas naturais, A NBR 5419:2005 informa que as armaduras de aço
interligadas das estruturas de concreto armado podem ser consideradas condutores naturais de
descida desde que satisfaça a seguinte condição:
Cerca de 50% dos cruzamentos de barras da armadura, incluindo os estribos, estejam
firmemente amarradas com arame de aço torcido e as barras na região de trespasse
apresentem comprimento de sobreposição de no mínimo 20 diâmetros, igualmente
amarradas com arame de aço torcido, ou soldadas, ou interligadas por conexão
mecânica adequada; (NBR 5419, 2005).
37
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
Experiências realizadas no Instituto de Engenharia Elétrica da Universidade de São
Paulo (IEE – USP) comparam o comportamento das diversas emendas de ferragens (FIGURA
4.2) em relação à condução de descargas atmosféricas e estimar valores da impedância das
ferragens a serem utilizadas como parte integrante do sistema de proteção. Nesse estudo, que
verificou também a emenda com luva, mesmo esse tipo de emenda não estar previsto na NBR
5419:2005, concluiu que o condutor com emenda feita através de amarração com arame de
aço torcido possuía a maior resistência, e o feito com solda elétrica, a menor (SUETA, 2005).
Figura 4. 2 - Diferentes tipos de emendas a) Com arame; b) Com solda elétrica; c) Com solda exotérmica; d)
Com luva;
Fonte: Sueta (2005)
Para as edificações já existentes que utilizaram concreto armado, poderá ser
implantado um SPDA com descidas externas (as descidas não naturais) ou, opcionalmente,
poderão ser utilizadas como descidas as armaduras do concreto. Neste ultimo caso devem ser
realizados testes de continuidade e estes devem resultar em resistências medidas inferiores a 1
Ω. Este procedimento é orientado através do polêmico Anexo E da NBR 5419:2005, onde
38
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
diversas discussões (que serão abordadas no Capítulo 5 deste trabalho) são realizadas sobre a
utilização e validação deste procedimento.
4.2.2 O Re-Bar
A norma NBR 5419:2005 trata, em seu anexo D (normativo), do uso opcional de
ferragem especifica em estruturas de concreto armado, dedicada exclusivamente ao papel de
condução da corrente até o aterramento e desempenhando a função de condutores de descida e
aterramento. É especificado na norma os seguintes requisitos na utilização da re-bar
(Reinforcing bars), quanto ao aterramento e as descidas:
Como aterramento das fundações, deverão ser atendidos os seguintes requisitos:
Para as edificações novas, em concreto armado, onde a estrutura ainda não foi
iniciada, deve ser instalado um condutor adicional de aço comum ou galvanizado a
quente, dentro da estrutura, de modo a garantir a continuidade desde as fundações até
o topo do prédio;
O condutor adicional deverá ser instalado dentro das fundações, atravessar os blocos
de fundação e entrar nos pilares do concreto;
Os condutores deverão ser emendados por conectores de aperto, solda elétrica ou
exotérmica, desde que executada de forma duradora, obedecendo (quando amarradas
com arame de aço recozido ou conectores) a um trespasse de 20 diâmetros da barra;
Em fundação direta (pouco profunda), os condutores adicionais devem ser instalados
nas vigas baldrames de modo a melhorar a condição de drenagem e o contato com o
solo;
Como condutores de descida, deverão ser atendidos os seguintes requisitos:
Em cada pilar estrutural deverá ser instalado um condutor adicional (cabo
galvanizado, barra chata ou redonda de aço) paralelamente às barras estruturais e
amarrando com arame nos cruzamento com os estribos para assegurar a
equipotencialização;
Nos locais onde haja deslocamento da posição dos pilares, ao mudar a laje, bem
quando houver redução da seção dos pilares, o condutor adicional deverá ser
encaminhado de modo a garantir a continuidade elétrica;
39
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
Armaduras de aço dos pilares, lajes e vigas devem ter cerca de 50% de seus
cruzamentos firmemente amarrados com arame recozido ou soldados (com solda
elétrica ou exotérmica). As barras horizontais das vigas externas devem ser soldadas,
ou sobrepostas por no mínimo 20 vezes o seu diâmetro, firmemente amarradas com
arame recozido de forma a garantir a equalização de potenciais da estrutura.
4.3 SUBSISTEMAS DE ATERRAMENTO
O subsistema de aterramento tem a função de dissipar no solo as correntes das
descargas atmosféricas recebidas através do subsistema de descida sem causar tensões de
passo perigosas, mantendo baixa a queda de tensão na resistência de terra. Se o aterramento
for mal dimensionado todo o trabalho do subsistema captor e do subsistema de descida será
em vão, pois a corrente não fluirá para ao solo através dos eletrodos de aterramento e buscará
caminhos mais fáceis para chegar até o solo, o que poderá causar danos às instalações a serem
protegidas, além de riscos de vida aos ocupantes das instalações.
Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar
sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais
importantes que o próprio valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se, para
o caso de eletrodos não naturais, uma resistência de aproximadamente 10 Ω, como forma de
reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso. No
caso de solo rochoso ou de alta resistividade, poderá não ser possível atingir valores próximos
dos sugeridos. Nestes casos a solução adotada deverá ser tecnicamente justificada no projeto
(NBR 5419, 2005).
No subsistema de aterramento os condutores são denominados de eletrodos, os quais
são os elementos responsáveis pela dissipação da corrente na terra. Podem ser utilizados de
diferentes modos, tais como: condutores em anel, hastes verticais ou inclinadas, condutores
horizontais radiais ou aterramento natural pelas fundações.
Basicamente existem dois tipos de arranjo para os subsistemas de aterramento, o
arranjo “A” e o arranjo “B” (FIGURA 4.4):
O arranjo “A” é composto de eletrodos radiais (verticais, horizontais ou inclinados),
sendo indicado para solos de baixa resistividade (até de 100 Ω. m) e para pequenas estruturas
(com perímetro até 25 m). Cada condutor de descida deve ser conectado, no mínimo, a um
40
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
eletrodo distinto. Devem ser instalados, no mínimo, dois eletrodos que não devem ter
comprimento inferior ao estabelecido na figura 4. 3, assim determinado:
a) l - para eletrodos horizontais radiais;
b) 0,5 l - para eletrodos verticais (ou inclinados).
Figura 4. 3 - Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da resistividade do solo
Fonte: NBR 5419:2005
O arranjo “B” é composto de eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da
estrutura e é obrigatório nas estruturas de perímetro superior a 25 m (NBR 5419, 2005).
Figura 4. 4 - Tipos de arranjo no sistema de aterramento
Fonte: Miranda (2006)
41
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
Assim como no subsistema de descida os condutores do subsistema de aterramento
devem apresentar baixa resistência, alta capacidade térmica para suportar o calor gerado pela
passagem da corrente, resistência mecânica para suportar os esforços eletromecânicos, além
de suportabilidade a corrosão causada pelos agentes agressivos do solo.
Os eletrodos de aterramento podem ser de cobre, aço galvanizado a quente ou aço
inoxidável, não sendo permitido o uso de alumínio. É possível, ainda, usar o aço revestido de
cobre (comercialmente denominado de “copperweld”) ou, em casos especiais, cobre revestido
de chumbo. O fator que determina o material a ser usado é a agressividade do solo; em geral,
o cobre suporta a maioria dos solos, mas, em alguns casos, o zinco e o chumbo são os mais
indicados (LEITE; LEITE; 2001).
4.3.1 Eletrodos naturais.
Os eletrodos naturais são elementos metálicos, normalmente da estrutura da
edificação, que pelas suas características têm uma topologia e contato com o solo melhor que
os eletrodos convencionais e ainda apresentam uma resistência de aterramento também
inferior. O eletrodo de aterramento natural é constituído pelas armaduras de aço embutidas no
concreto das fundações das edificações. A experiência tem demonstrado que as armaduras de
aço das estacas, dos blocos de fundação e das vigas baldrames, interligadas nas condições
correntes de execução, constituem um eletrodo de aterramento de excelentes características
elétricas. As armaduras de aço das fundações podem ainda, juntamente com as demais
armaduras do concreto da edificação, constituir, nas condições prescritas pela NBR
5419:2005, o sistema de proteção contra descargas atmosféricas (aterramento e gaiola de
Faraday, complementado por um sistema captor).
O aterramento pelas fundações, já consagrado em diversos países e já previsto nas
edições das NBR 5419:2005, tem como características básicas:
a) O fato do concreto em contato com o solo absorver e reter água, provocando assim
uma redução da resistividade elétrica;
b) A existência de grande quantidade de condutores (de aço) na superestrutura e
infraestrutura, bastante superior à quantidade de condutores de cobre, que seriam
utilizados para o mesmo fim.
42
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
O sistema de aterramento natural, por fazer parte da própria estrutura do prédio, não
está sujeito a ser interrompido ou seccionado; portanto, não há risco de perda de eficiência.
Sendo constituído de aço embutido em concreto, o sistema está praticamente protegido contra
os efeitos de corrosão, pelo que se pode considerá-lo utilizável sem reservas ao longo de toda
a vida do edifício. Como o material utilizado é o aço, a solução é mais econômica, uma vez
que as fundações constituem o eletrodo de aterramento, poder-se-ia dotar os pilares do
edifício de elementos condutores destinados a transferir para a cobertura o potencial da terra.
A proteção contra as descargas atmosféricas, segundo este procedimento, é
especialmente eficiente e segura porque garante a multiplicidade de caminhos alternativos
para o escoamento da corrente de descarga, diminuindo drasticamente os gradientes de tensão.
Essa mesma multiplicidade de correntes em paralelo uniformiza, ao longo do edifício, as
flutuações de tensão devidas à descarga atmosférica, eliminando a possibilidade de descargas
laterais (devido ao fato de parcelas da edificação permanecerem ao potencial do solo quando
ocorre uma descarga concentrada através de um ou mais condutores de descidas). Enfim, o
eletrodo de aterramento, assim constituído, envolve toda a superfície do edifício enquanto que
os eletrodos convencionais limitam-se a condutores externos de cobre conectados às hastes
cravadas no solo, conforme visto anteriormente (OUTÃO; BARROS, 2009).
As armaduras de aço embutidas nas fundações das estruturas devem ser utilizadas
como eletrodos naturais desde que satisfaçam algumas condições, como descritas na NBR
5419:2005. Algumas dessas restrições são as seguintes:
a) As armaduras de aço das estacas, dos blocos de fundação e das vigas baldrame devem
ser firmemente amarradas com arame recozido em cerca de 50% de seus cruzamentos
ou soldadas. As barras horizontais devem ser sobrepostas por no mínimo 20 vezes o
seu diâmetro, e firmemente amarradas com arame recozido ou soldadas;
b) Em fundação de alvenaria pode servir como eletrodo de aterramento, pela fundação,
uma barra de aço de construção, com diâmetro mínimo de 8 mm, ou uma fita de aço
de 25 mm x 4 mm, disposta com a largura na posição vertical, formando um anel em
todo o perímetro da estrutura. A camada de concreto que envolve estes eletrodos deve
ter uma espessura mínima de 5 cm;
c) As armaduras de aço das fundações devem ser interligadas com as armaduras de aço
dos pilares da estrutura, utilizados como condutores de descida naturais, de modo a
assegurar continuidade elétrica equivalente.
43
CAPÍTULO 4. SUBSISTEMAS DO SPDA
4.4 MATERIAIS
Para a execução do SPDA, deve-se atentar aos materiais que serão utilizados nos
subsistemas. Estes devem suportar, sem danificação, os efeitos térmicos e eletrodinâmicos das
correntes de descarga atmosférica, bem como os esforços acidentais previsíveis. A sua
escolha deve ser feita em função dos riscos de corrosão da estrutura a proteger e do SPDA
(NBR 5419, 2005).
Os componentes do SPDA podem ser construídos com os materiais indicados na
Tabela 4.4, desde que eles tenham condutividade elétrica e resistência a corrosão compatíveis
com a aplicação. Outros metais podem ser utilizados, contando que suas características
mecânicas elétricas e químicas sejam equivalentes.
Também devem ser cuidadosamente considerados no projeto de SPDA os riscos de
corrosão provada pelo meio ambiente, ou pela junção de metais diferentes. Em caso de
aplicação não prevista pela Tabela 4.4, a compatibilidade dos materiais deve ser avaliada. Os
materiais ferrosos expostos, utilizados em uma instalação de SPDA, devem ser galvanizados a
quente, conforme a ABNT NBR 6323 - Produto de aço ou ferro fundido - Revestido de zinco
por imersão a quente.
Tabela 4. 4 - Materiais do SPDA e condições de aplicação
Fonte: NBR 5419:2005
44
CAPÍTULO 5
ESTRUTURAS METÁLICAS DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
As normas NBR 5419:2005 e NBR 5410:2004 determinam que os sistemas de
proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) e os sistemas de aterramento devem dispor de
uma infraestrutura de aterramento, denominada “Eletrodo do Aterramento”, baseado
preferencialmente no uso das próprias armaduras de concreto das fundações. Este
procedimento baseia-se na constatação de que as fundações permanecem úmidas e assim, o
concreto e/ou a argamassa da alvenaria apresentam uma resistividade idêntica à de um solo de
resistividade média a baixa (MIRANDA, 2003a).
Dessa forma, a infraestrutura de aterramento deve ser concebida de modo que seja
confiável, satisfaça os requisitos de segurança das pessoas e instalações, que possa conduzir
as correntes de falta sem risco de danos estruturais, bem como atender também aos requisitos
funcionais da instalação. Consequentemente temos que as opções de eletrodo de aterramento e
equipotencialização devem ser utilizadas conjuntamente pelo sistema de proteção contra
descargas atmosféricas, usando-se para isso as estruturas metálicas existentes nas edificações.
Nesse ponto deve-se admitir o uso das estruturas metálicas de fundação (vigas e
estruturas de concreto armado) como parte de um sistema de proteção contra descargas
atmosféricas, uma vez que a norma NBR 5419:2005 estabelece que os condutores de descida
de um SPDA sejam, preferencialmente, representados pela estrutura metálica das edificações,
onde a própria estrutura desempenhará o papel de condutor de descida, bem como de eletrodo
de aterramento do SPDA, em virtude da profundidade em que se encontram suas fundações.
De forma análoga, a norma NBR 5410:2004 além de tratar do aterramento das
edificações através de sua estrutura metálica, estabelece também que todos os pontos de
tomada devam dispor de aterramento, com tomadas do tipo 2P + T, sendo a estrutura metálica
responsável pelo sistema de equipotencialização.
Apesar de estar especificada (e até recomendada) a utilização da estrutura no SPDA
em norma, existe um grande receio por parte dos profissionais de engenharia civil em aplicá-
las nas construções. Nos próximos itens, serão descritos quais são as restrições, os receios e as
vantagens na utilização das estruturas metálicas nos componentes do SPDA.
45
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
5.1 DISCUSSÃO SOBRE A UTILIZAÇÃO DA ESTRUTURA
Existe uma polêmica em relação ao uso das armaduras do concreto armado de
edificações existentes como parte integrante do sistema de proteção, uma vez que a NBR
5419:2005, possui o Anexo E (normativo), que descreve um ensaio de continuidade de
armaduras para verificação da continuidade elétrica das ferragens de um edifício já construído
e assim possibilita o uso desta armadura como parte integrante do sistema de proteção. Este
ensaio prevê uma verificação da continuidade com medições da impedância das armaduras
entre alguns pontos da edificação com valores relativamente baixos de corrente, da ordem de
100 A, chegando a um mínimo de 1 A.
As principais críticas ao anexo é que, com os testes nele descritos, não é possível
garantir as exigências descritas na IEC (61024) e mesmo na NBR 5419, no seu capítulo de
condutores de descida naturais, onde as armaduras de aço interligadas das estruturas de
concreto armado podem ser consideradas condutores de descida naturais, desde que:
[...] cerca de 50% dos cruzamentos de barras de armadura e estribos estejam
firmemente amarradas com arame de aço torcido e as barras na região de trespasse
apresentem comprimento de sobreposição de, no mínimo, 20 diâmetros, igualmente
amarradas com arame de aço torcido, ou soldadas, ou interligadas por conexão
mecânica adequada. (NBR 5419, 2005)
Sueta (2005) reforça a crítica sobre a metodologia descrita no Anexo E, sobre o teste
de continuidade ser aplicado em edificações existentes. Em seu trabalho, é relatado que o
método não garante que as especificações da NBR 5419 estão sendo atendidas, pois existem
outros fatores que devem ser considerados além da continuidade elétrica em si:
[...] há argumentações que nenhum teste de continuidade, consegue garantir que as
ferragens vão resistir aos esforços mecânicos decorrentes das descargas
atmosféricas, que haverá redução das intensidades das ondas de tensão de modo a
não criar acidentes humanos, e que o uso das ferragens se mantenha restrito às
regiões que tenham elevadas ondas de corrente para evitar interferências em
dispositivos eletrônicos, além da preocupação de que eventuais terminações abertas
nas ferragens possam produzir oscilações de altas frequências.
Na defesa do uso das ferragens, argumenta-se que nunca houve um colapso na
estrutura de um prédio devido a descargas atmosféricas. No entanto, há registros de muitos
casos em que a descarga atingiu a ferragem e desceu sem rachar a estrutura, eventualmente,
repartindo o concreto, no ponto onde a descarga atinge a edificação.
46
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
Ensaios de laboratório, realizados no IEE-USP (LEITE; KAMEYAMA, 1990)
mostraram a dificuldade de reproduzir todos os parâmetros da descarga atmosférica em
laboratório. Com as correntes utilizadas, até 100 kA, 4/10μs, verificou-se que não houve o
destacamento do concreto em relação ao ferro, e não se notou movimentação que provocasse
o rompimento do concreto, nos casos onde as ferragens foram interligadas com arame torcido.
Nos casos onde a ferragem não estava interligada, e havia uma distância de alguns milímetros
entre os vergalhões, houve a explosão do concreto; com uma resistência de 10 Ω, houve
passagem de corrente de até 60 kA com a mesma forma de onda. Novos ensaios foram
realizados e foram medidas as forças de destacamento do ferro, comparando os resultados
com ferragens de colunas de concreto similares que não sofreram os ensaios. Não foram
verificadas diferenças significativas nos esforços medidos.
Há argumentações, contra e a favor, em relação à preferência da descarga, em ter a
maior parte da sua corrente conduzida pelas armaduras ou por uma descida externa condutora.
A favor da preferência das descargas pelas armaduras, há a argumentação em relação à
quantidade de ferragens nas colunas de concreto face ao condutor de descida, concluindo que
uma menor impedância medida em frequência industrial é suficiente para que a descarga
procure as ferragens e não uma eventual descida externa. Fotos de edifícios onde a descarga
atingiu a ferragem próxima à descida, e não em outros pontos, mostram esta preferência e
tendência. (SUETA, 2005).
5.2 RESTRIÇÕES DA ESTRUTURA DE CONCRETO
Quando ocorre a incidência de uma descarga atmosférica em uma edificação, as
correntes que vão passar pelo primeiro condutor atingido, o captor ou descida (no caso de
uma descarga lateral) serão da ordem de dezenas de kA, com duração de ms e com
frequências elevadas, com componentes de dezenas de kHz até MHz em algumas situações.
Esta situação pode gerar algumas consequências para as estruturas, tais como:
Aquecimento das barras;
Arcos elétricos nas junções das barras;
Efeito pelicuar;
47
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
São justamente estes efeitos que preocupam os profissionais da Engenharia Civil,
pois qualquer um deles, individualmente, poderia comprometer a resistência do conjunto
concreto-aço, que depende da aderência de um elemento ao outro.
Para que a corrente oriunda da descarga possa escoar pela ferragem sem danificar o
concreto é necessário que se faça uma avaliação desse aquecimento e que as conexões sejam
bem firmes, de preferência com conectores de aperto ou solda. A passagem de correntes
elevadas, dependendo de sua duração, pode provocar o afrouxamento da ligação aço-concreto
(NOLETO, 2006).
Ao longo das colunas de concreto armado, as barras são amarradas entre si pelos
estribos através de arame recozido. Esta amarração deve garantir uma boa continuidade e
contato elétrico das barras, caso contrário, no momento em que a corrente da descarga
atmosférica passar de uma barra a outra, surgirá um arco elétrico que provocará a rápida
evaporação da água contida no concreto, gerando possíveis riscos para a integridade da
coluna.
Portanto, deve-se providenciar uma boa amarração através dos estribos para se ter
uma boa divisão da corrente entre as barras verticais das colunas e uma amarração firme entre
as barras verticais ao longo da coluna para que não haja arcos elétricos.
Dada a dificuldade do empreiteiro da obra civil poder garantir a continuidade elétrica
das conexões, por não dispor de pessoal treinado ou devido aos possíveis problemas de
execução, a melhor solução poderá ser a utilização de uma ferragem especial dedicada ao
sistema de proteção, a re-bar. A ferragem dedicada será constituída por barras soldadas,
unidas por conectores de aperto ou por buchas especiais colocadas em todas as colunas e
interligadas por outras barras colocadas nas vigas e nas lajes. Teremos assim, em cada piso de
um edifício uma “malha de terra” que uniformizará os potenciais de cada andar e à qual será
ligada à Barra de Equipotencialização Principal (BEP) dos potenciais do andar. À BEP serão
ligados os condutores PE (Terra) e PEN previstos na norma NBR 5410:2004 e os terminais de
terra dos protetores ligados aos condutores fase da instalação, quando forem necessários.
Já no caso dos concretos pré-moldados, as ferragens são, por necessidade do
processo de fabricação, muito mais bem amarradas entre si, garantindo-se uma boa
distribuição das correntes e uma boa resistência de contato na emenda das barras. De fato, a
boa amarração é necessária porque o conjunto da ferragem de uma viga é montado em um
local e transportado por guinchos, pontes rolantes ou empilhadeiras para outro local onde é
feita a montagem do concreto.
48
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
5.3 VANTAGENS EM SE UTILIZAR A ESTRUTURA
A primeira vantagem prática e visível do aterramento estrutural é a eliminação de
condutores expostos de descida junto a fachadas (FIGURA 5.2) e possíveis zonas externas de
circulação. A preocupação estética é, evidentemente, um convite ao uso embutido de
condutores (VICENTE, 2010).
Em relação à resistência do aterramento, Miranda (2003a) apresenta o seguinte
parecer:
[...] Como o volume das fundações é ordens de grandeza maior que o volume de
condutores de aterramento utilizável num sistema tradicional, verifica-se que a
resistência de aterramento obtida através das fundações é uma fração da obtida por
um sistema convencional.
Um ponto interessante observado por Bezerra e Kanashiro (2010) é que a utilização
de hastes envolvidas em concreto resultou em menores valores de resistência de terra se
comparadas às hastes convencionais, sendo a redução mais pronunciada para solos de
resistividades mais elevadas.
Figura 5. 1 - Armadura das fundações preparadas para a interligação das ferragens dos pilares
Fonte: Gomes (2007)
O uso das ferragens da fundação (FIGURA 5.1) também diminui as variações de
tensão durante a dissipação das correntes associadas às descargas atmosféricas para o solo,
com consequente diminuição das diferenças de potencial de passo e de toque, além de reduzir
a impedância do sistema de aterramento e facilitar muito o cumprimento dos preceitos de
49
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
equipotencialização das instalações elétricas (frequência industrial), em concordância com a
NBR 5410:2004 (GOMES, 2007).
Outra vantagem do aterramento estrutural é sua disposição adequada para permitir a
equipotencialização de todo o edifício, ou seja, pelo fato de utilizar os elementos metálicos
das estruturas, presentes em toda a obra, o sistema de aterramento dispõe de contatos
eletricamente próximos da terra para interligação de qualquer ponto da edificação, permitindo
a integração mais cômoda de janelas e elementos metálicos de toda a construção (VICENTE,
2010).
O recurso aos elementos metálicos das estruturas como parte integrante do
aterramento gerou muitas polêmicas, No entanto, o barramento comum traz justamente a
vantagem de colocar todo o sistema em tensão mais alta, inclusive os neutros e terras, que
acabam recebendo uma tensão elevada por sua conexão direta ao sistema aterrado, garantindo,
assim, a equipotencialidade dos condutores e dos elementos estruturais (MIRANDA, 2003a).
Pensando nisso, a NBR 5419:2005 estabelece que os quadros elétricos dos andares
de edifícios estejam com seus respectivos terras ligados à armadura correspondente ao andar,
com a finalidade de promover a equipotencialização de todos os sistemas (item 5.2.1.3.3).
Figura 5. 2 - Descida externa na estrutura
Fonte: Noleto (2006)
Ocorre também a maior facilidade para atender à exigência da norma quanto à
proteção de esquadrias metálicas de janelas e portas externas e guarda-corpos de varandas,
principalmente em edificações altas. Como esses elementos são passíveis de serem
50
CAPÍTULO 5. ESTRUTRA METÁLICA DA EDIFICAÇÃO NO SPDA
percorridos por corrente, no caso de descargas laterais, deve haver uma proteção específica
para essa finalidade (NBR5419, 2005).
Quanto às descidas, uma vantagem dos condutores estarem embutidos em concreto é
a diminuição do efeito eletromagnético, resultante da menor velocidade de propagação da
onda de corrente do raio no aço das armaduras, devido a estas estarem embutidas em
concreto, conforme foi relatado em Miranda (2003c). Este é um fato da maior relevância na
comparação entre um condutor de descida não natural e um condutor de descida estrutural.
Além destes fatores, ocorre uma redução de custos se utilizarem as estruturas da
edificação como componentes do SPDA, ao invés do sistema convencional (NOLETO, 2006).
.
51
CAPÍTULO 6
ESTUDOS DE CASO
Neste capítulo, serão apresentados os detalhamentos executivos das estruturas
metálicas atuando como sistemas de proteção contra descargas atmosféricas e como sistemas
de aterramento em duas edificações diferentes. Deve-se destacar que o nível de detalhamento
a ser apresentado pode apresentar alterações decorrentes das peculiaridades de cada projeto,
sem desprezar a observância aos requisitos mínimos exigidos pelas normas NBR 5410:2004 e
NBR 5419:2005.
6.1 EDIFÍCIO RESIDÊNCIAL GARDEN ARAUCÁRIA
6.1.1 Dados da construção
A primeira análise de aplicação de SPDA estrutural será do edifício residencial
Garden Araucária (FIGURA 6.1), da construtora Vanguard Home e projeto elétrico da
Engebrazil Engenharia Elétrica.
Figura 6. 1 - Edifício Garden Araucária
Fonte: Site Vanguard (2011)
52
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
O condomínio, construído em 2010 na zona sul de Londrina-PR, é formado por 2
torres de 65 m de altura com 19 pavimentos tipos. Em cada pavimento, existem 6
apartamentos, sendo 4 com 66,31 m² de área privada e 2 com 68,8 m². No total, as duas torres
abrigam 228 apartamentos.
6.1.2 Memorial de Cálculo
Para cálculo da área de exposição equivalente (Ae), foram utilizados os seguintes
valores de largura, comprimento e altura:
L = 25,5 m, W = 21,5 m H = 65 m
Através da equação (3.1), obtemos o seguinte valor de Ae:
(6.1)
Ao analisar o mapa isocerâunico do Paraná (FIGURA 3.1), observa-se que a área
onde se encontra Londrina tem um número médio de dias de trovoadas por ano (Td) igual a
80. Então, com o auxílio da Equação 2.6 pode-se encontrar o valor da densidade de descarga
atmosférica para a terra (Ng):
(6.2)
Então, tendo os valores de Ae e Ng, determina-se a frequência média anual previsível
de descargas atmosféricas sobre uma estrutura (Nd) que é dada pela Equação 3.2:
(6.3)
Depois de determinado o valor de Nd, o próximo passo é a aplicação dos fatores de
ponderação, multiplica-se o valor de Nd pelos fatores pertinentes e compara-se o resultado
com a frequência admissível de danos Nc:
(6.4)
Com este resultado conclui-se que a estrutura requer um SPDA, pois o valor de Nd
ponderado é maior que o valor de referência (Nc = 10-3
) de acordo com o método da NBR
5419:2005.
53
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
6.1.3 Detalhes de Projeto
O edifício foi classificado com Nível III de proteção, por sua utilização ser de caráter
residencial. O método escolhido foi um híbrido utilizando o método Eletrogeométrico com a
gaiola de Faraday utilizados os componentes naturais do edifício, visando às vantagens
oferecidas pelo mesmo.
Para o sistema de captação, foi utilizado um captor Franklin, de 3m de altura, na
parte mais alta da edificação, conforme mostra a figura 6.2:
Figura 6. 2 - Parte superior do edifício - detalhe para o sistema de captação
É possível perceber que além do captor Franklin, o perímetro da parte superior
também é protegido por terminais aéreos, de 35 cm (FIGURA 6.4). Estes captores verticais
são inseridos para evitar as descargas diretamente na estrutura metálica embutida na
platibanda.
O detalhamento do captor tipo Franklin e do Captor vertical podem ser vistos nas
figuras a seguir:
54
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 3 - Captor tipo Franklin
Figura 6. 4 - Terminal Aéreo de 35 cm
55
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Na parte superior de cada torre, foram instalados ao todo 14 captores, sendo seus
locais destacados nas figuras 6.5 e 6.6:
Figura 6. 5 - Parte superior do edifício, com destaque para os captores verticais.
Figura 6. 6 - Planta da Cobertura, com destaque para a localização dos captores verticais
`
56
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Estes captores visivelmente utilizam os elementos naturais da construção. É possível
ver na figura 6.7 que sua conexão é ligada diretamente na estrutura metálica do edifício:
Figura 6. 7 - Detalhe para conexão na estrutura do captor vertical
Na figura 6.2 e 6.5, é possível perceber a existência de antenas de televisão sobre o
telhado. A NBR 5419:2005, em seu anexo A, recomenda o aterramento nestes locais:
O mastro metálico da antena externa de televisão ou sua torre de suporte, instalados
sobre uma estrutura, deverão ser aterrados segundo uma das seguintes alternativas:
a) o mastro da antena deve ser conectado ao SPDA por meio de solda exotérmica ou
braçadeira com dois parafusos M8. Esta ligação deve ser o mais curto e retilíneo
possível, mediante condutor, conforme as tabelas 6 ou 7;
. Em virtude disto, a base de todas as antenas localizadas no telhado foi aterrada,
como mostra o detalhe da figura 6.8:
Figura 6. 8 - Detalhe do aterramento da antena
57
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
O aterramento também foi realizado nos rufos, telhas e outros componentes que
compõem a cobertura do edifício, conforme pode ser visto na figura 6.9:
Figura 6. 9 - Detalhe da conexão para o aterramento do rufo
A conexão mostrada na figura 6.7 é conectada no ferro de descida dos pilares. Ao
todo, cada torre possui oito descidas (FIGURA 6.10), sendo seis ao longo do perímetro e dois
descendo no interior do edifício. Como cada torre possui aproximadamente 100,60 m de
perímetro, esta quantidade de descidas é suficiente para atender ao requisito da norma para o
nível de proteção em questão, uma vez que o espaçamento máximo prescrito de 20 m entre as
descidas é respeitado.
Figura 6. 10 - Planta baixa estrutural indicando os locais dos condutores de descida
A figura 6.11 mostra o detalhe de instalação do para-raios e ligação das ferragens da
cobertura e baldrame:
58
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 11 - Detalhe da instalação dos condutores de descida
59
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
A legenda de referencias (tags) dos detalhes de projeto mostradas neste capítulo é
dada a seguir:
1. Conexão entre ferro de descida do pilar e ferro do tubulão 02 conectores;
2. Cabo #35 mm² cobre nu aparente sobre a platibanda (Anel superior), ou fazendo conexão
barra/anel superior.
3. Conexão entre barra de aço da estrutura c/ o cabo de cobre do anel superior.
4. Terminal aéreo galvanizado com bandeirinha, 35 cm de altura, fixo na platibanda.
5. Conector tipo grampo p/ cabo 35 mm² c/ barra da ferragem da estrutura.
6. Presilhas para fixação do cabo na platibanda com parafuso e bucha (S-8) de nylon.
7. Platibanda de concreto ou viga de bordo.
8. Abraçadeira de ferro galvanizado reforçado c/ isolador roldana para mastro de ferro
galvanizado.
9. Abraçadeira de ferro galvanizado simples, c/ isolador roldana para mastro de ferro
galvanizado.
10. Suporte de contraventagem fixo, de ferro galvanizado, ou em tirantes de cabo de aço.
11. Base para mastro de ferro galvanizado.
12. Amarração nos estribos alternada, um sim outro não, com arame recozido em 50% dos
cruzamentos.
13. Conector “Split bolt” Ø 3/8‟‟ ou de acordo com a bitola da ferragem (2 por conexão).
14. Solda exotérmica.
15. Ferro normal da armadura da viga de bordo perimetral.
16. Amarração obrigatória a cada 2 andares p/ edifício residencial e a cada pavimento para
edifício comercial.
17. Amarração dos anéis intermediários, a partir do teto do 2º pavimento deverá ser a cada 2
andares (p/ edifícios residenciais) e a cada pavimento (p/ edifícios comerciais).
18. Tubulão.
19. Sapata ou Bloco.
20. Cintamento.
21. Pilar
Como pode ser observado nas especificações, o projeto utiliza condutores de cobre
de 35 mm², conforme solicita a NBR 5419:2005.
60
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Para executar o trespasse da ferragem da armadura para descida natural do SPDA, o
projeto sugere a aplicação de quatro emendas diferentes, conforme podemos ver na figura
6.12.
Figura 6. 12 - Trespasse da ferragem da armadura para descida natural – 1) conector tipo grampo; 2) conector
Split bolt; 3) solda exotérmica; 4) arame recozido;
O projeto utilizou as barras adicionais (ou re-bar) para realizar a descidas nos
pilares. Esta barra adicional pode ser vista nos detalhes mostrados na figura 6.13. Esta prática
é normatizada na norma NBR 5419:2005 através do Anexo D, que diz:
Para as edificações novas, em concreto armado, onde a estrutura ainda não foi
iniciada, deve ser instalado um condutor adicional de aço comum ou galvanizado a
fogo, dentro da estrutura, de modo a garantir a continuidade desde as fundações até
o topo do prédio.
61
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 13 - Detalhe da barra adicional de descida do pilar
É possível perceber pelo detalhe que o projetista se atentou a informar que a região
de trespasse (FIGURA 6.14) deverá ter uma área de contato de vinte vezes o diâmetro das
barras, conforme especifica o item D.1.3 do Anexo D da NBR 5419:2005:
Os condutores deverão ser emendados por conectores de aperto, solda elétrica ou
exotérmica, desde que executada de forma duradoura, obedecendo (quando
amarradas com arame de aço recozido ou conectores) a um trespasse de 20
diametros da barra.
Figura 6. 14 - Opção de emenda utilizando clip galvanizado
62
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Para a existência da malha de Faraday neste edifício, a cada dois pavimentos
ocorrem a amarração das ferragens da armadura do pilar com os anéis intermediários
(FIGURA 6.15). Em edifícios comerciais, esta amarração (FIGURA 6.16) ocorre em cada
andar.
Figura 6. 15 - Detalhe da amarração dos anéis intermediários
Figura 6. 16 - Amarração das ferragens dos pilares com outras ferragens
63
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
No aterramento do edifício, a ferragem da estrutura do pilar é interligada com a
ferragem do baldrame e com a ferragem do tubulão (FIGURA 6.17). Em locais não existe
baldrame entre pilares, é conectado um cabo de cobre nu de 95 mm², efetuando assim a malha
de aterramento.
Figura 6. 17 - Conexão das ferragens do pilar com a ferragem do baldrame e do tubulão
A visão em corte da conexão da ferragem da estrutura do pilar com a estrutura do
pilar podem ser vista na figura 6.18:
64
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 18 - Detalhe em corte da ligação da ferragem do pilar com a da fundação
Para a equipotencialização do edifício, no centro de medição existente a cada três
andares são realizados uma conexão de aterramento junto a ferragem da armadura de
concreto. Esta prática é recomendada no item 5.2.1.2.1 da NBR 5419:2005, conforme é
mostrado a seguir:
[...] acima do nível do solo, em intervalos verticais não superiores a 20 m, para
estruturas com mais de 20 m de altura. As barras secundárias de ligação
eqüipotencial devem ser conectadas a armaduras do concreto ao nível
correspondente, mesmo que estas não sejam utilizadas como componentes naturais;
No quadro onde está localizado o Barramento de Equipotencialização Principal
(BEP) e o Dispositivo de Proteção contra Surto (DPS) (FIGURA 6.19) estão conectados todos
os sistemas de aterramento da edificação (incluindo comunicação e o que vem dos
apartamentos), o que está de acordo com o trecho da NBR 5419:2005 sobre
equipotencialização:
A equalização de potencial é obtida mediante condutores de ligação eqüipotencial,
eventualmente incluindo DPS (dispositivo de proteção contra surtos), interligando o
SPDA, a armadura metálica da estrutura, as instalações metálicas, as massas e os
condutores dos sistemas elétricos de potência e de sinal, dentro do volume a
proteger.
65
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 19 - Detalhe do Quando de DPS/BEP
Na edificação, os seguintes itens estão ligados a equipotencialização principal:
Condutor de proteção principal
Condutor de aterramento principal ou terminal de aterramento principal
Canalizações metálicas de água, gás e outras utilidades.
Elementos metálicos da construção e outras estruturas metálicas
Cabos de telecomunicação, com a concordância da empresa operadora.
Aterramento do sistema de proteção contra descargas
Aterramento da antena de TV.
66
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
6.1.4 Análise do Projeto
O edifício, entregue em 2010, se utiliza de vários componentes naturais no sistema
de proteção contra descargas atmosféricas. A quantidade de condutores de descida existentes
nos pilares possibilita uma variedade de opções para a corrente da descarga ser conduzida até
o aterramento.
O sistema de captação está atendendo o volume a ser protegido de acordo com o
nível de proteção indicado. Para o Nível III, o raio da esfera rolante é de 45 m (FIGURA
6.20), ou seja, como a distância entre os captores Franklin no topo de cada torre é de 40 m. e
como existem captores verticais ao longo do perímetro, o sistema de captação está
abrangendo todo o condomínio de forma segura.
Figura 6. 20 - Visualização da área de proteção - Esfera com raio de 45 m
Está especificado no projeto que o sistema de aterramento deverá possuir uma
resistência ôhmica de 10 Ω em qualquer época do ano. Esta especificação está de acordo com
o que a norma solicita como resistência máxima permitida para o aterramento de estruturas.
Além disso, a continuidade das conexões do sistema de aterramento é garantida pela boa
execução das emendas nas regiões de trespasse.
67
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
6.2 SHOPPING CENTER DE GRANDE PORTE
6.2.1 Dados da construção
Para segundo estudo de caso, foi escolhido um shopping center de grande porte
possuindo uma área bruta locável de 81.700 m² e ocupando cerca de 135.000 m² de área
construída. No estabelecimento existem 299 lojas, entre a praça de alimentação, boliche,
centro de diversões, cinema e serviços.
O shopping em questão segue o modelo dos shoppings americanos tradicionais,
horizontais e de caráter regional. Tendo passado por duas grandes ampliações, em 2003 e em
2008, o shopping movimenta cerca de um milhão de pessoas por mês.
Devido à grandiosidade do shopping em questão e pelo número de pessoas que o
frequentam, torna-se evidente a necessidade de existir um sistema de proteção contra
descargas atmosféricas eficiente e que atenda aos propósitos de segurança predial da
edificação.
Será visto nos próximos itens, os detalhes executivos do SPDA durante as três etapas
de construção do shopping, além da verificação da situação atual do sistema, obtidas com as
informações levantadas in loco em vários pontos da cobertura.
6.2.2 Memorial de Cálculo
No caso do Shopping, devido a sua construção possuir forma irregular, para cálculo
da área de exposição equivalente (Ae), foram considerados valores aproximados de largura,
comprimento e altura:
L = 245 m, W = 400 m H = 15 m
Através da equação (3.1), obtemos o seguinte valor de Ae:
(6.5)
Na região que se encontra o shopping, o número médio de dias de trovoadas por ano
(Td) é também igual a 80. Então, com o auxílio da Equação 2.6 pode-se encontrar o valor da
densidade de descarga atmosférica para a terra (Ng):
68
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
(6.6)
Tendo os valores de Ae e Ng, determina-se a frequência média anual previsível de
descargas atmosféricas sobre uma estrutura (Nd) que é dada pela Equação 3.2:
(6.7)
Depois de determinado o valor de Nd, o próximo passo é a aplicação dos fatores de
ponderação, multiplica-se o valor de Nd pelos fatores pertinentes e compara-se o resultado
com a frequência admissível de danos Nc:
(6.8)
Esse resultado mostra que, utilizando o método da NBR 5419:2005, estatisticamente
o shopping é atingindo por raios 1,55 vezes a cada ano. Com este resultado conclui-se que a
estrutura requer um SPDA, pois o valor de Nd ponderado é maior que o valor de referência
(Nc = 10-3
).
6.2.2 Detalhes de Projeto
De acordo com a NBR 5419:2005, esta edificação deverá ter o Nível II de proteção.
O projeto original visava atender as necessidades da NBR 5419 de 1977 (norma vigente na
época que o shopping foi construído).
O método aplicado para a proteção do edifício foi a gaiola de Faraday. A construção
original, com 35.782 m² de área bruta locável, não utilizava as estruturas metálicas como
componentes do SPDA. Não havia captores nem descidas naturais. Os elementos de fundação
também não foram utilizados, sendo feito através das hastes de aterramento fixados
diretamente no solo.
A captação na área antiga é feita utilizando condutores de alumínio nu de 70 mm²
fixados em isoladores tipo roldana a cada 1,5 m. As descidas também são em condutores de
alumínio nu de 70 mm² envolvidos por eletroduto de PVC de 25 mm de diâmetro. As hastes
de aterramento utilizadas foram Copperweld de 5/8” com 3 m de comprimento. Para as
conexões entre condutores de diferentes metais, foram utilizado conectores bi metálicos.
Na primeira expansão, em 2004, 13.000 m² de lojas foram adicionados ao projeto
original. Nesta ampliação deixou-se de se utilizar condutores de alumínio para a utilização de
69
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
condutores de cobre de 35 mm² (FIGURA 6.23). As descidas foram realizadas através de
barras de cobre externas de ¼” x ¾” (FIGURA 6.24), fixadas ao pilar, onde junto ao piso foi
feita a derivação em cabo para a malha de aterramento.
Para o aterramento, os pilares metálicos foram aterrados por hastes de cobre com
diâmetro de ¾” e 3 m de comprimento. A malha foi composta por cabos de cobre nu de 25
mm². O sistema de captação é realizado com captores verticais de aço de 30 cm, arranjados
em todo o perímetro da primeira expansão (FIGURA 6.22).
Figura 6. 21 - Detalhe da conexão do captor do SPDA com a cordoalha na platibanda da cobertura
Figura 6. 22 - Fixação do cabo na telha através das hastes de fixação da própria telha
70
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 23 - Detalhe da descida utilizando barra chata
A última expansão, em 2008, agregou ao Shopping mais 20.000 m² de área bruta
locável. Nesta ampliação, também se iniciou a utilização das estruturas metálicas da
construção como meios de captação, descida e aterramento.
Toda a cobertura da expansão foi feita com telha metálica, aterrada. A cada 15 m
foram inseridos captores de 30 cm, ligados a cabos de cobre nu de 35 mm² (FIGURA 6.26).
As claraboias existentes (FIGURA 6.25), por possuírem esquadrias metálicas, também foram
conectadas à malha de aterramento. Para as descidas, os condutores foram conectados as
armaduras dos pilares (FIGURA 6.28) e toda a malha de aterramento foi executada com a
fundação da construção, utilizando as armaduras das sapatas e estacas (FIGURA 6.27).
Figura 6. 24 - Clarabóias na cobertura
71
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 25 - Foto dos Captores utilizados na Expansão II
Figura 6. 26 - Detalhe do aterramento da sapata / estaca
72
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 27 - Detalhe para os pilares centrais - aterramento da estrutura metálica da cobertura
Os detalhes mostrados nas figuras 6.27, 6.28 e 6.29 mostram claramente a utilização
da estrutura como componentes do sistema de proteção.
73
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Figura 6. 28 - Detalhe da conexão do captor até as ferragens do pilar
6.2.3 Análise do Projeto
Na verificação realizada no telhado do Shopping, algumas situações foram
constatadas:
1 – Terminal Aéreo galvanizado, 35 cm de
altura, fixo na telha;
2 – Cabo # 50 mm², cobre nu aparente sobre a
telha ou fazendo conexão barra/anel superior
3 – Terminal a pressão reforçado, para fixação
do cabo com a estrutura metálica;
74
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Alguns captores dos para-raios existentes no sistema que faz a proteção da caixa
d‟agua necessitam de reparos:
Figura 6. 29 - Captores sobre a Caixa d'agua
Existências de antenas de televisão com mastros não aterrados. Estes locais deverão
ser aterrados através de condutor, 16 mm² em cobre ou 25 mm² em alumínio, por meio
de solda exotérmica ou braçadeira com 2 parafusos M8.
Figura 6. 30 - Antenas necessitando de aterramento
75
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
Alguns trechos da malha de condutores estão com os fixadores e isoladores soltos:
Figura 6. 31 - Trechos de condutores com isoladores soltos
Cabos que possuem outras funções (lógica, comunicação, elétrica) com trechos
próximos aos condutores do SPDA. Na ocorrência de uma descarga, estes cabos e os
equipamentos poderão sofrer danos.
Figura 6. 32 - Trechos com cabos pendurados nos condutores de SPDA
Quanto aos projetos, as duas ampliações que o shopping sofreu nos últimos vinte
anos mostraram como as práticas aplicadas para o SPDA da edificação teve mudanças. No
projeto original (hoje chamada Ala antiga) os componentes naturais da construção não foram
76
CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO
utilizados como componentes do sistema de proteção. Com o passar do tempo, a prática de se
utilizar da estrutura foi se consolidando na construção civil brasileira, sendo aplicada na
última expansão, em 2008.
Apesar da NBR 5419:2005 especificar que uma inspeção para este tipo de edificação
ocorra a cada período de três anos, o Shopping o faz anualmente. O sistema de SPDA
existente atende os propósitos de segurança predial da edificação, bastando apenas efetuar os
reparos descritos na Ala antiga.
77
CAPÍTULO 7
CONCLUSÕES
Através do estudo sobre os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas,
pode-se verificar com clareza a importância deste sistema na preservação das estruturas
protegidas, nas vidas e nos equipamentos abrigados por esse recurso. Porém, foi verificado
também que não são todos os tipos de estruturas que necessitam de um SPDA. Essa eventual
necessidade deve ser analisada de acordo com as características de cada estrutura. Em caso
afirmativo deverão ser definidos através desta análise o nível e o método de proteção a ser
adotado.
Foi feita uma comparação entre os métodos de proteção, orientando como deve ser
feita a escolha do método, a que deve satisfazer a necessidade do nível de proteção exigido
para a estrutura a ser protegida. Na comparação entre o método Franklin e o
Eletrogeométrico, conclui-se que o método Eletrogeométrico apresenta uma maior eficiência,
o que deve contribuir para o desaparecimento do método Franklin. O método
Eletrogeométrico é mais indicado do que o método Faraday em construções maiores (exceto
as estruturas que apresentam altura maior que 60 m) por ser mais econômico nessas
condições. Porém, a utilização do método Faraday é mais indicada de uma maneira geral por
apresentar uma melhor estética, menor geração de campos induzidos no interior das estruturas
e menor custo quando implementado em pequenas construções.
A abordagem realizada com os subsistemas (captor, descidas e aterramento) teve
como base a norma NBR 5419:2005, detalhando as principais características e parâmetros que
seus componentes devem possuir, em especial detalhes de execução junto aos componentes
naturais da edificação.
No que diz respeito às vantagens do uso das estruturas, verificou-se que este
procedimento, apesar dos detalhes e exigências de execução, não só resulta em maior
eficiência técnica mas também econômica, além da atenuação dos campos eletromagnéticos e
melhorias estéticas da edificação, se comparados aos sistemas externos tradicionais. Destaca-
se o valor da resistência de aterramento deste sistema ser inferior aos encontrados nos
sistemas tradicionais, fato atribuído principalmente à profundidade dos eletrodos de
78
CAPÍTULO 7. CONCLUSÕES
aterramento e da umidade no concreto das fundações, tendo uma melhora considerável no
desempenho do aterramento das edificações que utilizam tal tecnologia.
No que diz respeito à preocupação por parte dos profissionais da Engenharia Civil
quanto à utilização dos componentes naturais da edificação, existe, sim, a possibilidade de as
estruturas das edificações sofrerem algum tipo de dano com a passagem da corrente oriunda
de descargas atmosféricas, mas somente se as conexões das armaduras metálicas não
atentarem para as prescrições da norma, principalmente quanto aos quesitos de amarração,
resistência das descidas, resistência de aterramento e continuidade elétrica. Há também a
discussão sobre a integridade do concreto nos elementos de fundação, mas os estudos
apontam para a segurança.
Nos estudos de caso, foi possível verificar os detalhes executivos para a utilização
dos componentes naturais da edificação no SPDA. No caso do Shopping, foi possível
perceber que esta prática está se consolidando na construção civil brasileira, sendo executada
em sua ultima expansão, em 2008.
Verificou-se em ambos os projetos analisados, as especificações da NBR 5419:2005
estão sendo atendidas, mostrando um conhecimento da norma por parte dos projetistas
responsáveis. Lamenta-se que durante as visitas nas estruturas, não tenha sido possível
verificar a resistência de aterramento das mesmas, devido à falta de equipamento de medição
apropriado.
79
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