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Aprimeira utilização conhecida das armaduras (ferragens) do concreto armado no aterramento data da Segunda Guerra Mundial, mais precisamente de 1941, em um sistema idealizado pelo engenheiro Herb Ufer para os depósitos de bombas da base aérea Davis Monthan, em Tucson, no Arizona, EUA. Os objetivos desse sistema eram proteger contra descargas atmosféricas e eletricidade estática, esta última causada por vento e tempestades de areia. Anos mais tarde, Ufer reinspecionou as instalações e concluiu que eletrodos de aterramento utilizando armaduras do concreto promoviam uma menor e mais consistente resistência de aterramento que as próprias hastes, especialmente em regiões com valores altos de resistividade. Devido a esta antiga utilização, o uso das armaduras e/ou cabos e hastes inseridos nas fundações e baldrames de concreto é freqüentemente chamado de “aterramento Ufer.” AUnião Alemã das

Centrais Elétricas possui desde 1965 diretrizes para a utilização das armaduras das fundações como eletrodos de aterramento. Em 1979 foi publicada a norma alemã (caderno 35 da VDE) sobre a inclusão do sistema de aterramento nas fundações dos edifícios residenciais. Em fins da década de 70, as recomendações americanas incluíram sistemas de aterramento com condutores embutidos em concreto, sendo que em 1978 o “National Electrical Safety Code”

(ANSI-C2)-NEC incluiu pela primeira vez especificações para eletrodos de aterramento embutidos nas fundações. Também o “Green Book” (ANSI/IEEE Standard 142-1982), que trata especificamente de aterramento, ressalta em várias seções as vantagens de se utilizarem as armaduras do concreto das fundações como eletrodos de aterramento.

Podemos então dizer que os aterramentos utilizando as armaduras das fun-

Sistema de aterramento e proteção contra raios utilizando ferragens do concreto armado

O grande número de ferros das fundações e das estruturas prémoldadas provê aterramento eficiente e gaiola de Faraday, que protege e atenua campos eletromagnéticos internos, diminui forças eletromotrizes induzidas nos circuitos da instalação e minimiza interferências prejudiciais a pessoas e equipamentos. Este artigo descreve a técnica, seus conceitos e os cuidados necessários, com exemplos de casos reais.Galeno Lemos Gomes, da Galeno Gomes Engenharia Consultoria e Treinamento

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Fig. 1 – Microohmímetro microprocessado em ligação Kelvin, utilizado para efetuar medições da resistência elétrica de contato (o exemplo da foto é o modelo MPK 254, da Megabrás)

dações como eletrodos de aterramento, e a proteção contra descargas atmosféricas pelo método gaiola de Faraday utilizando as estruturas metálicas (telhas e/ou seus suportes metálicos) e as armaduras do concreto, são prática mundialmente consagradas há aproximadamente 65 anos. Isso foi inclusive reconhecido por importantes normas e recomendações publicadas ao longo desse período, como as normas brasileiras NBR 5419 e NBR 5410, a norma internacional IEC 61024-1-2 e os documentos estrangeiros ASE 4022, ANSI/IEEE std.142, BS 6651, entre outros. As vantagens, descritas não só nas publicações mencionadas mas também resumidas a seguir, encorajam cada vez mais essa prática, tanto em edificações novas quanto nas já existentes.

Vantagens da utilização das armaduras do concreto

Fundações

Uma vez que o concreto sob o nível do solo mantém sempre um certo grau de umidade, seu valor de resistividade é baixo, geralmente muito menor do que o valor da resistividade do próprio solo onde está sendo construída a edificação ou estrutura. Os valores típicos do concreto nessas condições variam de 30 a 500 Ωm.

O uso das ferragens da fundação também diminui as variações de tensão durante a dissipação das correntes associadas às descargas atmosféricas para o solo, com conseqüente diminuição das diferenças de potencial de passo e de toque, além reduzir a impedância do sis- tema de aterramento e facilitar muito o cumprimento dos preceitos de eqüipotencialização das instalações elétricas (freqüência industrial), em concordância com a NBR 5410/04.

Pilares, vigas e lajes

Com o uso das armações do concreto destes elementos, diminuem-se os campos eletromagnéticos internos à edificação, reduzindo as forças eletromotrizes induzidas nos circuitos ali existentes, e, em conseqüência, as interferências prejudiciais a pessoas e equipamentos eletrônicos sensíveis, como os de tecnologia da informação (ETIs). Além disso, conceitos ultrapassados, como sistemas de aterramento independentes e seccionamento para medição da resistência de aterramento,

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Fig. 2 – Conexão de cabo de aterramento de 50 mm2comarmadura de baldrame, utilizando solda exotérmicaFig. 3 – Barra de equalização local (BEL) interligada ao baldrame

Fig. 4 – Placas metálicas interligadas às ferragens dos pré-moldados para interligar estruturas, com pontos de acesso para futuras medições de continuidade elétrica

Fig. 5 – Interligações feitas com solda exotérmica entre as diversas estruturas pré-moldadas, para garantir a continuidade elétrica e formar a gaiola de Faraday.

passam a não existir quando aplicado o método da gaiola de Faraday utilizando as armaduras dos pilares, vigas e fundações para a composição do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas.

Cuidados e restrições

Como premissa básica inicial para se utilizarem as armaduras do concreto para os fins citados, deve-se garantir continuidade elétrica entre os pontos extremos da armadura, de modo que possa ser comprovado, por meio de medições com instrumento adequado, um valor de resistência de contato elétrico menor ou no máximo igual a 1 Ω. Cabe observar que essa medição deve ser realizada com instrumento adequado, sendo vedada, pelas normas vigentes, a utilização multímetros convencionais. Deve-se, portanto, utilizar um miliohmímetro ou microohmímetro de quatro terminais (configuração Kelvin), como o da figura 1. As escalas do instrumento devem ter valor de corrente injetada que atenda à exigência expressa no item E2 do Anexo E da NBR 5419/05, qual seja, o de se fazer circular uma corrente, com valor de no mínimo 1 Aou superior, entre os pontos extremos da armadura sob ensaio. O processo de medição está descrito na íntegra nesse anexo E2 da NBR 5419/05.

Caso seja necessária a execução de solda entre as armaduras para garantir a continuidade, deve-ser utilizar solda elétrica com cordão duplo de no mínimo 3 m de diâmetro e 50 m comprimento.

O recobrimento (proteção) das armaduras eventualmente expostas durante a instalação deve ser feito com concreto de, no mínimo, 25 m de espessura. As armaduras não deverão ficar sob hipótese nenhuma em contato com o solo, para evitar corrosão. Imersas no concreto, elas estarão protegidas por ausência de eletrólito e de aeração.

A interligação das armaduras aos sistemas de aterramento compos- tos por cabos de cobre deve ser executada com o uso de solda exotérmica (figura 2) ou solda elétrica com eletrodos específicos. Na figura 3 são vistas barras de equalização locais(BEL) estrategicamente localizadas, cujo aterramento é feito diretamente dos eletrodos horizontais inseridos nos baldrames. Cabe alertar que não deve ser utilizada solda exotérmica dos ferros para a construção estrutural das armaduras.

Quando utilizadas para fins de equalização e/ou aterramento em instalações de baixa tensão, as armaduras do concreto não podem substituiros condutores de proteção (PE) sob hipótese nenhuma. Também não se deve permitir a cir-

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Fig. 6 – Armaduras das fundações preparadas para a interligação das ferragens dos pilares

Fig. 7 – A gaiola de Faraday é formada pela enorme quantidade de ferragens das estruturas pré-moldadas

Fig. 8 – Ligação do microohomímetro ao ponto 8 indicado na figura 9, para medição da continuidade elétrica doconjuntoFig. 9 – Esquema de medição nos pilares da usina a gás (neste caso, ponto 8 em série com 7–6–5–4–3–2–1)

culação de correntes de defeito (curtocircuito) com duração elevada pelas armaduras, pois isso pode causar danos às próprias ferragens e ao concreto.

Em estruturas pré-moldadas, as armaduras podem ser também utilizadas como descidas naturais e aterramento, desde que tomados os seguintes cuidados: •prever essa utilização já no projeto das estruturas, possibilitando, assim, que sejam deixadas placas específicas ou condutores de cobre acessíveis para as devidas interligações entre os pilares e vigas, após a montagem. Essas interligações devem preferencialmente ser feitas com solda exotérmica (ver figuras 4 e 5); e •durantea montagem das estruturas pré-moldadas, providenciar as necessárias interligações das armaduras das fundações (cálices) com as armaduras dos pré-moldados (placas ou cabos de cobre citados), de modo a garantir a continuidade elétrica entre captores e descidas naturais e os cálices. Este é um ponto de extrema importância, que no entanto costuma serposto em segundo plano ou mesmo esquecido. Por fim, cabe ressaltar que não é permitida a utilização das armaduras componentes de estruturas prémoldadas protendidas como componentes de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas.

Execução do sistema

Como foi dito acima, devem-se prever, durante o projeto das estruturas pré-moldadas, pontos acessíveis, interligados com as demais armaduras constituintes dessas estruturas. Esses pontos devem ser disponibilizados externamente aos diversos componentes pré-moldados, possibilitando que estes sejam interligados (normalmente por solda exotérmica) após sua montagem final, de modo a formar uma gaiola de Faraday. Normalmente esses pontos acessíveis são constituídos por placas metálicas específicas ou condutores de cobre, para que as interligações entre pilares, vigas e armaduras das fundações possam ser feitas durante a construção (figuras 4, 5 e 6).

Nota: devem ser deixados também pontos de acesso, estrategicamente escolhidos, destinados à execução de futuras medições de continuidade elétrica (ver figura 4), como determinado no Anexo E da NBR 5419/05.

Após a montagem das estruturas, devem ser executadas as mencionadas medições de continuidade elétrica descritas na NBR 5419/05. Devem ser feitas várias medições, basicamente conforme o esquema ilustrado nas figuras 8 e 9. Como dito acima, o valor medido tem de ser menor ou, no máximo, igual a 1 Ω.

Exemplo

Em uma usina de geração elétrica a biogás (figura 8), após a montagem,

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Fig. 10 – Geradores de 925 kW a gás da usina citada, com aterramento interligado às armaduras da suas bases

foram medidos os valores de resistência de contato listados abaixo — o ponto de referência fixo é o número 8 (N.8) da figura 9: •N.8 em série com os pontos de interligação 1–2–3–4–5–6–7: 2,89 mΩ; •N.8 em série com os pontos 9–10–1: 2,46 mΩ; •N.8 em série com 1–2–3–4–5–6–7– 20–19–18: 2,91 mΩ; •N.8 com barra de aterramento externa: 2,34 mΩ; e •N.8 com um ponto do SPDAexterno no telhado: 2,95 mΩ.

Outras configurações e posicionamentos do microohmímetro foram empregados, com o objetivo de obter certeza absoluta quanto à perfeita continuidade elétrica dos diversos setores interligados. Em todos os casos, foram medidos valores menores do que 2,95 mΩ.[Nota: os valores de continuidade elétrica obtidos na prática, por meio de medições, normalmente sãobem menores do que o valor máximo de 1 Ωpermitido pela NBR 5419/ 05, mesmo em edificações com diversos pavimentos.]

Para o aterramento dos geradores da usina a gás citada foram utilizadas as armaduras das bases como eletrodos de aterramento complementares à malha de dissipação (figura 10), pois o concreto enterrado possuía um valor de resistividade bem menor do que a resistividade do local da instalação.

Estudos de casos

Abrigo (house) ferroviário

Nos abrigos ferroviários, onde geralmente se necessita de um plano de referência para os ETIs e de uma dissipação eficiente das correntes associadas às descargas atmosféricas, também é possível aplicar a técnica de utilização das ferragens das colunas e lajes para formar uma gaiola de Faraday e as armaduras das fundações como aterra- mento, conforme pode ser basicamente visto na figura 1, que mostra uma haste de captação do caso-exemplo.

No caso aqui referido, uma malha de referência de sinal(MRS) foi devidamente projetada e instalada, com o objetivo de obter um plano de referência de terra o mais constante possível para os equipamentos sensíveis. A MRS foi embutida no piso, para evitar roubo e vandalismo. Cabe observar que, quando se utilizam ferros específicos (dedicados) para captação das correntes dos raios, esses ferros devem ser instalados na periferia das colunas e interligados com os demais ferros estruturais constituintes desta.

Centro de processamento de dados

Em CPDs é ainda mais justificado obter-se uma referência de sinal constante, o que normalmente é realizado com uma MRS convenientemente dimensionada para equalizar freqüências em uma larga faixa. Amalha deve ser interligada à barra de equalização local (BEL), e esta ser interligada às armaduras das fundações dos pilares (de preferência nos pilares centrais), que no caso aqui relatado são utilizadas como eletrodos de aterramento complementares.

Afigura 13 mostra não só a interligação da BELàs armaduras do pilar como também ao aterramento de dissipação formado por fita de cobre nu de 50 x 1 mm2.Os neutros dos transformadores separadores instalados no am-

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