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SPDA Estrutural - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas

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by

Alexandre Granzotto

on 18 December 2015

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Transcript of SPDA Estrutural - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas
Utilizando Barras Adicionais de Aço Galvanizado junto às Ferragens da Estrutura de Concreto Armado
Orientador:
Prof. Eng. Osvaldo Ishizava
Alexandre José Granzotto
Formando:
S. P. D. A. Estrutural
Objetivo Principal:
Avaliação da necessidade ou não de proteção contra raios
Classes de SPDA:
I, II, III e IV;
Níveis de Proteção:
I, II, III e IV: níveis de corrente que a estrutura do SPDA deve suportar;
Nova NBR 5419:2015
Necessidade de Proteção
Risco R:

é o valor de uma provável perda média anual em uma estrutura devido às descargas atmosféricas.
Depende de:
Riscos e Componentes do Risco
Gerenciamento de Risco
Risco Tolerável
Métodos de Proteção
Franklin ou Método do Ângulo de Proteção;
Gaiola de Faraday ou Método das Malhas;
Eletrogeométrico ou Método das Esferas Rolantes;
Sistema Híbrido;
Radioativo;
Método Estrutural.
Proteção contra descargas Atmosféricas
O Para-Raios
O que é;
Para que serve;
Como funciona;
Componentes de um Sistema de Proteção.
Benjamim Franklin e o Para Raio
1752 - Experimento para tentar provar a natureza elétrica do relâmpago
Dispositivo com uma ou várias pontas metálicas, colocado no ponto mais elevado do local a ser protegido.
PROTEGER as estruturas, descarregando, na direção da Terra, as faíscas (raios) oriundas das nuvens carregadas eletricamente, sem causar danos às edificações.
Chegando ao solo, ela se dissipa.
Para que serve o Para-raios
Como Funciona
Componentes de um Sistema de Proteção
Franklin ou Método do Ângulo de Proteção
Gaiola de Faraday ou Método das Malhas
Eletrogeométrico ou Método das Esferas Rolantes
Sistemas Híbridos
Método Estrutural
Não é EFICAZ em edificações de altura elevada, pois desconsidera a hipótese de uma descarga lateral
Condutores em forma de malha;
Objetivo:
criar um meio equipotencial, isto é, como os condutores estão todos ligados entre si, não existe nenhuma diferença de potencial entre eles.

Principio de funcionamento:

dividir mais vezes possível a corrente resultante de uma descarga atmosférica, assegurando uma dissipação eficiente da corrente associada ao processo da descarga.
É o
método mais recente e mais largamente utilizado
para se determinar a zona de proteção de uma determinada estrutura;
Recomendado
para estruturas dotadas de elevada altura bem como de projetos arquitetônicos complexos.

Princípio de Funcionamento:
consiste em fazer uma
esfera fictícia,
de Raio determinado pelo nível de proteção,
rolar por toda a edificação
.
Os locais onde ela tocar a edificação, o raio também pode tocar, devendo estes pontos serem protegidos por elementos metálicos interligados à malha de aterramento.
A proteção através de uma gaiola de Faraday “pura” raramente pode ser implementada, já que na cobertura desses prédios muitas vezes encontramos corpos elevados como caixas d’água, chaminés, antenas e outros.

Assim, a proteção provida pela Gaiola de Faraday é complementada com um captor tipo Franklin, disposto no topo da edificação. Esse captor é conectado aos cabos de proteção de borda, módulos da Gaiola de Faraday e a todas as descidas disponíveis.


Para-raios Radioativo
1970: início da
fabricação no Brasil ;
1989: É proibida a
fabricação e comercialização;
Recomendação:
a retirada de instalações existentes e encaminhamento à Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN).

O sistema de para-raios com captor radioativo seguia orientações da norma antiga,
sendo considerado ineficaz pela atual norma.


Na época, acreditava-se que os captadores radioativos eram mais eficientes do que os outros modelos. Porém, estudos feitos no país e no exterior mostraram que o para-raios radioativo não tinha desempenho superior ao do para-raios convencional na proteção de edifícios, o que não justificaria o uso de fontes radioativas para esta função.

Mescla dos métodos anteriormente apresentados.
As
descidas e o aterramento
são feitos dentro dos pilares da edificação;

Não existe risco adicional
desde que se tenha um projeto específico e a implantação tenha sido acompanhada por um responsável;


Principais diferenciais:
Grande dispersão da corrente de descarga
,
minimizando o risco de centelhamentos perigosos; e

Eliminação de interferências estéticas
causadas por condutores de descida nas fachadas das edificações.

Nova NBR 5419:2015;
Necessidades de Proteção;
Riscos e Componentes de Risco;
Gerenciamento do Risco.
A descoberta

Polêmicas Quanto à Utilização das Ferragens como Subsistemas de Descida

O Concreto na Construção Civil

Vantagens da Utilização das Armaduras do Concreto

Cuidados e Restrições

Continuidade da Armadura de Aço em Estruturas de Concreto Armado

Implantação do SPDA Estrutural com a Utilização de Re-Bars
Conteúdo

1938-1945 -

Engenheiro alemão Herb Ufer projetou um sistema de proteção em um depósito de bombas localizado em uma base aérea;
Após o término da 2a. Guerra:

observada resistência de aterramento mais robusta e ainda com menor valor quando comparados às resistências compostas por somente hastes;
1993 -

SPDA Estrutural foi introduzido no Brasil pela NBR 5419.
- O Concreto ideal:
Durável e de boa aparência:
o
traço
deve ser bem elaborado;
as
propriedades devem ser verificadas
no laboratório e no campo;
prudência
na seleção dos materiais; e
cuidados
na preparação, lançamento e cura do concreto.
Propriedades do Concreto Fresco:
fácil de transportar, lançar e adensar, sem segregação, além de:
Consistente -
homogêneo
;
Plástico -
integridade da massa
;
Reter água -
diminuir a exsudação
;
Trabalhabilidade:
ausência de segregação.

Propriedades do Concreto Endurecido:
resiste bem aos esforços de compressão

Resistente à:
Esforços Mecânicos;
Desgaste Superficial -
impermeabilidade
; e
Impactos -
deformações
.

Busca-se:
- Fenômenos Eletroquímicos Relacionados ao Concreto
A corrosão da armadura do concreto depende de processos eletroquímicos
Resistividade do Concreto sob Tensões Eletroquímicas


Fatores que Afetam a Resistividade do Concreto
- Relação água/cimento;
- Consumo e tipo de cimento utilizado;
- Tipo de agregado; e
- As adições e os aditivos.
- muito baixa, devido à umidade do solo;
- alta umidade relativa, por causa de sua capilaridade;
Capilares umidos no concreto, atravessados por correntes intensas, evaporam-se instantaneamente, provocando uma rápida frente de pressão, responsável pela explosão.
Fundações permanecem úmidas no subsolo - concreto apresenta resistividade média a baixa.
Comportamento Elétrico do Concreto em AT
- Vantagens da Utilização das Armaduras do Concreto
- Implantação do SPDA Estrutural com a Utilização de Re-Bars
Fundações:

Alta umidade Baixa resistividade;
Pilares, Vigas e Lajes:
Diminuição
dos campos eletromagnéticos internos;
Redução
das forças eletromotrizes induzidas nos circuitos; e, em consequência,
Redução
das interferências eletromagnéticas prejudiciais a pessoas e equipamentos eletrônicos sensíveis
- Cuidados e Restrições
Garantir a continuidade elétrica
entre os pontos extremos da armadura;
Resistência
não pode ser superior a 1 Ohm;
Havendo necessidade, utilizar
solda elétrica
(cordão duplo de 3 mm (D) x 50 mm (C) );
Recobrimento
(proteção)
das armaduras
: no mínimo, 25 mm de espessura;
As armaduras não deverão ficar,
em hipótese alguma,
em contato com o solo,
e sim imersas no concreto, pois assim estarão protegidas por ausência de eletrólito e de aeração;
A
interligação das armaduras ao sistema de aterramento
(cabos de cobre) deve ser executada com o uso de
solda exotérmica
ou
solda elétrica
com eletrodos específicos.

- Continuidade da Armadura de Aço em Estruturas de Concreto Armado
Fundações - Subsistema de Aterramento
- Implantação do SPDA Estrutural com a Utilização de Re-Bars
Colunas / Pilares - Subsistema de Descida
- Implantação do SPDA Estrutural com a Utilização de Re-Bars
Cobertura - Subsistema de Captação
Identificação da Edificação
Determinação de Risco

Quantidade média de perdas causadas pelas descargas
Probabilidade de danos que impactam a estrutura
•Número anual de descargas que impactam a estrutura
L1 - perda de vida humana
e
R1 - Risco de perda de vida humana;
L2 - perda de serviço público;
L3 - perda de patrimônio cultural; e
NÃO CABEM
L4 - perda de valores econômicos.

Danos
D1 - ferimentos aos seres vivos ; e
D2 - danos físicos.
Componentes de risco -
RA, RB, RU e RV
Componentes de perda
- LA, LB e LU
- Depende da extensão dos danos e dos efeitos consequentes
Depende:
da estrutura;
das linhas conectadas;
das características da corrente de descarga; e
da eficiência das medidas de proteção adotadas.
Depende:
das dimensões (altura, largura e comprimento);
das características da edificação e das linhas conectadas;
das características do ambiente onde está localizada a estrutura; e
da densidade das cargas atmosféricas para a terra na região.
•Cálculo do Risco Tolerável - RT
- Estrutura não Protegida -
SPDA
Dimensionamento de um SPDA Externo
Dimensionamento de um SPDA Estrutural
Comparativo SPDA Estrutural x Externo
01
03
04
05
06
07
08
09
10
Altura da instalação dos captores depende:
11
12
13
14
15
16
17
18
19
21
22
23
24
26
27
28
29
30
31
32
33
1
1
Trabalho Final de Graduação
Para-Raios -
É adequado para edificações de formato simples, mas está sujeito aos limites de altura dos captores indicados em tabela.
- A Descoberta
Polêmicas - Argumentos contrários:

as ferragens
não resistiriam
aos esforços mecânicos;
não haveria redução
das intensidades das ondas de tensão;
uso das ferragens
restrito
às regiões com elevadas ondas de corrente;
preocupação de que a
descontinuidade elétrica
das ferragens pudessem produzir oscilações de altas frequências; e
preocupação com a
integridade do concreto
quando da passagem de altas correntes.
A Ruptura do Concreto
Memória de Cálculo
Conclusão
37
Análise do Estudo de Caso
34
Diferença entre os valores finais -
CUSTO DA MÃO DE OBRA ESPECIALIZADA.


SPDA Externo -
instalado após a obra estar concluída, acarretando uma série de intervenções que irão provocar gastos extraordinários: valetas; pessoal “subindo” pelas paredes externas; serviços executados sobre o telhado; •quinas de pilares danificadas para encontrar a ferragem da estrutura =={
RETRABALHO
.

SPDA Estrutural -
serviços iniciados na fundação, continuando até a concretagem da laje de cobertura: executado por funcionários da própria obra, sob supervisão.
Análise do Estudo de Caso
35
Fácil gerenciamento e boa logística dos serviços:
pequena variedade de componentes utilizados no SPDA Estrutural -
re-bars, conectores insert e clips galvanizado -
além do material existente na própria obra: arame recozido e sobras de vergalhões;

Observação em relação aos componentes do SPDA Estrutural.
Dificuldade em encontrar os materiais necessários
(re-bars e conectores tipo insert) para a pretensa execução do dimensionamento com o método Estrutural: pouca ou nenhuma demanda resulta em baixa ou nenhuma oferta dos materiais.

Publicação da Nova NBR 5419:2015
- durante a elaboração do TFG;
Análise do Estudo de Caso
36
Erros que levam o SPDA convencional a ficar com um preço final “MENOR” que o SPDA Estrutural:
não se levam em conta
38

da classe do SPDA;
da altura do mastro;
Objetivo Geral
DEMONSTRAR

a viabilidade físico-financeira da adoção do SPDA Estrutural com a utilização de
Re-bars
Objetivos Específicos
DETALHAR
a composição dos sistemas e subsistemas externos de proteção;
MOSTRAR
as características e como atuam os diversos sistemas de proteção;
RELATAR
as vantagens e desvantagens dos demais sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em relação ao SPDA Estrutural;
DIRIMIR
as dúvidas e questionamentos quanto à utilização do SPDA Estrutural;
DEMONSTRAR
as etapas de projeto e execução, bem como a escolha dos materiais a serem empregados;
02
COMPROVAR

a eficácia na utilização do SPDA Estrutural.
O
número anual de descargas atmosféricas

que impactam a estrutura;
A

probabilidade de danos
por uma das descargas que impactam a estrutura; e
A

quantidade média de perdas

causadas pelas descargas atmosféricas.
Decisão mais acertada -
refazer todo o trabalho;.
As
maiores modificações
foram processadas na maneira de se avaliar os riscos e determinar o nível de proteção a ser escolhido.
A
eficácia na utilização do SPDA Estrutural em oposição ao SPDA Externo convencional
foi demonstrada no estudo de caso onde se verificou:
Grande economia -
menor custo na execução dos serviços;
Redução no prazo de entrega -
serviços executados durante a obra;
Melhor gerenciamento da obra -
quantidade reduzida de materiais; e

a)
CUSTO
com a contratação de mão de obra especializada;
b)
Procedimentos de segurança do trabalho
para serviços executados em altura, como PPRA e PCMSO;
c)
Grande quantidade de materiais
no SPDA convencional: são utilizados mas
não foram orçados;
e
d)
Multas contratuais
por atraso na entrega do serviço; etc.
Ganhos de ordem estética -
ausência de "penduricalhos" externos.
Função Básica:
proporcionar um caminho seguro para a descarga elétrica.
Um para-raios corretamente instalado reduz significativamente os perigos e os riscos de danos,
08
09
20
Dimensionamento de um SPDA Estrutural
Dimensionamento de um SPDA Externo
Parte 1: Princípios gerais
Parte 2: Gerenciamento de risco
Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida
Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura
Eficiência da medida de Proteção
Incidência das Descargas
25
• Quantidade média de perdas causadas pelas descargas
Probabilidade de danos que impactam a estrutura
•Número anual de descargas que impactam a estrutura
Distinção é feita pelo ponto de impacto
As descargas elétricas das nuvens se dirigem para o solo;
Um campo elétrico emanado pelo para-raios intercepta a carga e fecha um circuito elétrico;
Ao resultado, uma grande carga de eletricidade, é dado o nome de raio;
O para-raios, através de um sistema de descida de baixa resistência, torna-se o caminho preferencial para esta descarga, levando-a para o solo, em segurança.
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