Proteção contra descargas atmosféricas em estruturas com telhas de concreto protendido

*por Hélio Eiji Sueta

As telhas de concreto protendido são telhas utilizadas para cobrir grandes vãos. Estas telhas, algumas vezes chamadas de telhas “W”, possuem cabos de aço em toda a sua extensão tracionados para manter a sua robustez mecânica.

A ABNT NBR 5419: 2015 cita o concreto protendido em dois pontos na sua parte 3. Uma vez no item 5.3.5, quando trata de componentes naturais para o subsistema de descida, em uma nota que diz: “No caso de concreto protendido, recomenda-se que sejam feitos estudos específicos em relação aos riscos de danos mecânicos e corrosão decorrentes   da descarga atmosférica. Consultas ao fabricante, com respostas documentadas, são indispensáveis para validação dessa utilização”.

Em um outro ponto da ABNT NBR 5419-3: 2015, no item 5.4.4, referente a eletrodos de aterramento a norma diz: “No caso de concreto protendido, os cabos de aço não podem ser usados como condutores das correntes da descarga atmosférica”.

Em relação ao subsistema de captores, a versão 2015 da NBR 5419 não fornece nenhuma informação adicional.

Existem suspeitas de que coberturas que utilizaram este tipo de telha e que foram atingidas por descargas atmosféricas foram rompidas, não no momento da descarga atmosférica, mas muitos anos após, devido à corrosão dos cabos de aço que ficaram expostos à umidade, por anos, devido à retirada de pedaços de concreto causada pela descarga atmosférica.

Esta exposição do aço pode ocorrer se a descarga atmosférica atingir diretamente a telha e a corrente da descarga ao passar pelo concreto para atingir o cabo de aço, faz que a camada de concreto se rompa expondo o aço (principalmente por causa do alto valor da corrente, altíssima temperatura e expansão violenta da umidade existente na camada do concreto).

Mesmo que exista uma malha captora do SPDA sobre a cobertura, se a descarga atmosférica atingir o subsistema de captores, a sua corrente ao percorrer os condutores, devido a sua altíssima taxa de variação, faz com que surjam altas tensões nos condutores (L.di/dt) acarretando em descargas disruptivas entre os condutores do SPDA e o aço da telha. Esta descarga disruptiva também poderá romper a camada de concreto expondo o aço da telha.

Este aço exposto, com a chuva e umidade, vai corroendo e perdendo a sua capacidade mecânica, fragilizando a telha que pode romper. Este rompimento pode ocorrer muitos anos após a ocorrência da descarga atmosférica.

Então, como proteger estas coberturas, que geralmente são de grande extensão, contra as descargas atmosféricas?

Uma opção seria utilizar um SPDA isolado com a instalação de postes ao redor da edificação e dimensionados conforme o  Método Eletro Geométrico (EGM). Dependendo das dimensões da estrutura, apenas estes postes podem não ser suficientes e a esfera rolante poderá tocar a estrutura. Neste caso, uma malha suspensa, fixada nestes postes, deve ser instalada sobre a estrutura de forma que a esfera rolante ao tocar nesta malha, não toque na estrutura. Nos dois casos, as distâncias de segurança devem ser obedecidas de forma que eventuais descargas disruptivas não ocorram entre os condutores do SPDA e as telhas.

Outra opção seria instalar um anel captor em toda a periferia da estrutura e neste instalar terminais aéreos (mini captores) de forma a obedecer o EGM. No caso de isto não ser suficiente, a malha suspensa fixada nas pontas dos terminais aéreos pode ser uma opção, mas sempre verificando as distâncias de segurança.

Para estruturas de grandes dimensões, pode ser necessária a instalação de isoladores para a fixação dos condutores da malha. Estes isoladores devem ter uma suportabilidade a impulsos atmosféricos (NBI) com valores superiores às sobretensões que possam surgir nos condutores do SPDA. Note que aqueles suportes geralmente utilizados na instalação de condutores do SPDA não isolam eletricamente a estes surtos (suportes metálicos com uma rodinha plástica por onde passam os condutores).

O cálculo das sobretensões que podem aparecer em diversos pontos do SPDA não é simples e depende de diversos parâmetros: valor de pico da corrente da descarga atmosférica, forma de onda, aterramento (resistividade do solo e configuração), formato da malha (divisão da corrente), ponto de impacto da descarga atmosférica, reflexões da corrente (dimensões da estrutura), entre outros. Um exemplo de cálculo utilizando uma simulação computacional, para estruturas simples, é demonstrado no item 5.2 da tese de doutoramento “Uso de componentes naturais de edificações como parte integrante do sistema de proteção contra descargas atmosféricas – Uma visão relativa aos danos físicos”, apresentada em 2005 na Escola Politécnica da USP. Cópia desta tese pode ser obtida no seguinte link: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-15022006-172839/pt-br.php

Nesta tese também podem ser verificados alguns ensaios em laboratório realizados no Instituto de Energia e Ambiente da USP neste tipo de telha. A Figura 2 mostra o dano após o ensaio com impulso de corrente de 5 kA (valor relativamente baixo) em uma amostra de telha de concreto protendido.

Um dano como este já expõe o aço da telha de concreto protendido que, ao longo de anos, caso não seja feita um reparo na telha, pode ser oxidado, perdendo suas características mecânicas e podendo romper a telha. Geralmente estas telhas estão  apoiadas apenas nas suas extremidades e não possuem estruturas de apoio no vão. O rompimento em um ponto mais central de uma telha deste tipo, vai fazer grandes pedaços da telha caírem diretamente no interior da edificação podendo ocasionar estragos incomensuráveis.

Hélio Eiji Sueta é doutor em engenharia elétrica e, atualmente, chefe adjunto da Div. Cient. de Planejamento, Análise e Desenvolvimento Energético do Instituto de Energia e Ambiente da USP.