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MEMÓRIA DE CÁLCULO PARA LINHA DE VIDA
SISTEMAS DE LINHAS DE VIDA PARA RETENÇÃO DE QUEDA
É impressionante a quantidade de edificações residenciais, comerciais e industriais que não consideraram em seus projetos a instalação de sistemas de proteção contra quedas de trabalhadores que necessitem executar qualquer serviço de construção ou de manutenção em altura. Apesar de o assunto estar regulamentado por normas no Brasil, principalmente pela NR 35 e pela NR 18, esse problema está cada vez mais presente, haja vista que, ao se projetar uma edificação, não são contratados os serviços de um calculista especializado em trabalhos em altura, para que elabore projetos de proteções coletivas necessárias para a construção da obra, que proporcionem a total segurança, como também para a operação da instalação depois da obra entregue e a execução de manutenções. Muitos acidentes fatais acontecem pela inexistência de implementação de sistema de proteção contra quedas, devido a falta do seu correto dimensionamento em projetos, principalmente de linhas de vida, pontos de ancoragem, sistemas de amortecimento, andaimes, plataformas, acessos, etc. Além disso, a falta da consideração da segurança do trabalho nos projetos e a causa de centenas de lesões incapacitantes permanentes aos trabalha- dores da indústria da construção no Brasil e de outros, que se manifestam decorrentes de serviços da manutenção interna em industrias, com ênfase em paradas para manutenção e serviços temporários. A NR 35 determina que "todo trabalho em altura deve ser planejado, organizado e executado por trabalhador capacitado e autorizado. Considera-se trabalhador autorizado para trabalho em altura aquele capacitado, cujo estado de saúde foi avaliado, tendo sido considerado apto para executar essa atividade e que possua anuência formal da empresa". Cabe ao empregador avaliar o estado de saúde dos trabalhadores que exercem atividades em altura, garantindo que: Os exames e a sistemática de avaliação sejam partes integrantes do Programa de Controle Medico de Saúde Ocupacional (PCMSO), devendo estar nele consignados. A avaliação seja efetuada periodicamente, considerando os riscos envolvidos em cada situação. Seja realizado exame médico voltado as patologias que poderão originar mal súbito e queda de altura, considerando também os fatores psicossociais. A aptidão para trabalho em altura deve ser consignada no atestado de saúde ocupacional do trabalhador, e a empresa deve manter cadastro atualizado que permita conhecer a abrangência da autorização de cada trabalhador para trabalho em altura. Porém, em nenhum momento a NR 35 cita a palavra "projeto". Por que isso e importante? Porque e desde a fase da concepção do projeto que devem
ser definidas as medidas de proteção necessárias para evitar a queda de altura de trabalhadores durante a construção. Um dos dispositivos utilizados para proteção do trabalhador é a linha de vida, que é um dispositivo de ancoragem flexível, permanente ou temporário, horizontal ou vertical, projetado para utilização como parte de um sistema de proteção contra queda, utilizado para evitar lesões graves ou a morte do trabalhador, decorrentes de acidentes provocados por queda da superfície de trabalho ou quando em movimento por determinada estrutura. Entretanto, a linha de vida não deve, em nenhuma hipótese, ser utilizada como um sistema que mantem a suspensão do trabalhador durante o trabalho. Ela só serve para minimizar as consequências de uma queda, a fim de limitar a fora de impacto transmitida ao trabalhador. Os profissionais que elaborarão o projeto devem dimensionar priorizando a redução do fator de queda. Quando um projeto de instalação de uma linha e elaborado, sempre devem ser considerados os critérios e métodos das prerrogativas técnicas e legais. Esses fatores podem ser divididos, em princípio, em dois grupos: fatores relacionados a metodologia de trabalho e fatores técnicos. Fatores relacionados com a metodologia de trabalho. Entre outras circunstancias, deve-se considerar o seguinte: O tipo de trabalho e o local que se quer proteger: Projetar uma linha de vida para um ponto único em uma laje de concreto e muito diferente de uma linha de vida para os trabalhos de manutenção de telhados, por exemplo. Adequação da proteção ao risco: Analisar se realmente a instalação de linha de vida e a melhor forma de proteção do trabalhador. Analisar considerando a hierarquia das soluções. Acesso à linha de vida: O acesso à linha de vida deve ser estudado para que o trabalhador seja capaz de alcançar a linha com total segurança. Em alguns casos, será necessária a instalação de outros sistemas de segurança, para que o acesso seja seguro. Pontos de acesso: Devem ser projetados pontos suficientes para que o usuário não precise se deslocar grandes distancias para se conectar a linha de vida para chegar ao local de trabalho. O número de pessoas que precisam usar a linha de vida simultaneamente: O número de pessoas terá uma influência direta nos fatores técnicos. Conexão do cinturão de segurança com a linha de vida: A linha de vida deve estar situada de preferência acima da cabeça do trabalhador. O caminho seguido pelo trabalhador para realizar o trabalho: Esse caminho encontra-se restrito pela linha de vida. Muitas vezes, o trabalhador necessita passar por locais especialmente complicados, estreitos, com armazenamento de materiais, energia elétrica, etc. O conforto na utilização: Deve ser considerada a facilidade de o trabalhador passar por pontos de ancoragem intermediarias com obstáculos existentes, de modo que não fique exposto ao risco de queda.
projetados para as curvas. Contato da linha com outros elementos: Recomenda-se que a linha não entre em contato com outros elementos (telhas, perfis, etc.), consequência de vão muito grande. Além disso, após a queda do trabalhador, a linha não deve entrar em contato com elementos externos. Os cálculos de linhas horizontais são complexos e influenciados por vários fatores, tais como: a zona livre de queda, a distância de frenagem e a amplificação das forças atuantes nos cabos horizontais devido a amplitude da flecha do cabo. Além disso, e importante lembrar as responsabilidades do empregador e trabalhador quando se tratar de trabalho em altura. O empregador e seus prepostos são responsáveis civis e criminais- mente por ordenar que o trabalhador execute qualquer atividade em altura sem estar provido de meios que garantam a sua total segurança. Por isso, e preciso criar uma nova consciência envolvendo a engenharia, treinamentos especiais e um gerenciamento efetivo de todo o processo. Para desenvolver e implementar um sistema de linha de vida, e importante considerar: a flecha do cabo, distancia de queda livre, distancia de frenagem e zona livre de queda.
Figura 1 – Exemplo de sistema de linha de vida
Fd = Flecha dinâmica máxima (proporcionada pela linha de vida). T = Comprimento total do talabarte + absorvedor de energia totalmente aberto. Ref. = Distancia de referenda entre o anel D do cinturão paraquedista e o pé do trabalhador (geralmente utiliza-se 1,5m). M = Distância entre o pé do trabalhador e o piso após a queda (por norma, esse valor deve ser previsto em 1m).
Instalação da linha de Vida
Ao instalar a linha de vida, deve ser considerada, entre outros fatores, a segurança das pessoas que executam a instalação, o projeto e as instruções de instalação. Não se deve esquecer de que qualquer operação deve ser precedida de uma aná lise do método de execução e da análise de risco. ■ Segurança das pessoas que instalam Quando se utiliza uma linha de vida, geralmente e porque não há outro sistema de proteção para os riscos de queda de altura. Por isso, devem ser previstos os sistemas de segurança para que o trabalhador acesse a linha de vida. Em muitos casos e somente necessário o uso de equipamentos de proteção individual, utilizando diferentes pontos de ancoragem ou linhas de vida provisórias. E necessário treinamento especifico e conforme os requisitos da legislação por parte dos trabalhadores e um planejamento dos sistemas de segurança de cada instalação. Além do risco associado com a altura, outros riscos e interferências devem ser avaliados, por exemplo os riscos elétricos e fenômenos da natureza, e deve ser garantida a coordenação das ações preventivas em todas as situações que forem exigidas. ■ Instruções de instalação Cada linha deve ter o projeto, as especificações técnicas de montagem, o cálculo e a anotação de responsabilidade técnica (ART). Contudo, o instalador deve sempre seguir os requisitos definidos pelo projetista ou fabricante, pois isso facilitara a aplicação das instruções de instalação. Recomenda-se que os instaladores tenham treinamento especifico na montagem para cada tipo de linha de vida. Os instaladores devem verificar se os equipamentos de proteção individual, talabarte, conexões e suporte são adequados para conectar na linha de vida. ■ Entendimento do projeto de instalação O projeto de instalação pode ser elaborado pelo projetista ou fabricante, mas o instalador deve conhecê-lo com profundidade e cumprir as determinações exigidas. Entretanto, o instalador deve se comunicar com o projetista ou fabricante quando alterações se fizerem necessárias em funga o de novas variáveis que podem ocorrer durante a instalação, que antes não haviam sido identificadas.
Fatores e mecanismos da queda O desconhecimento dos fatores de risco que tem potencial de causar queda pode acarretar graves consequências ao trabalhador. A gravidade de uma queda vem determinada por dois conceitos básicos: a fora de impacto e o fator de queda. A força de choque, força máxima ou força de parada e medida durante a etapa de parada do ensaio de comportamento dinâmico. A normativa europeia fixa o valor de 600 kgf como força de impacto máxima permitida a ser transmitida ao trabalhador. A norma de absorvedor de energia e as de todos os modelos de trava-quedas testam os produtos dentro da pior situação possível e
Figura 3 – Classificação dos fatores de queda
Sempre que possível, para o projeto, deve ser escolhido um ponto de ancoragem que minimize a queda e que nunca deve exceder o fator de queda.
Projeto de linha de vida Quando nos reportamos à linha de vida, podem ser projetadas linhas de vida do tipo vertical e linhas de vida do tipo horizontal. Serão apresentados apenas os conceitos e o estudo de cálcu lo para linhas de vida horizontais flexíveis.
Figura 4 – Esquema de linha de vida adotada
Linhas de vida horizontais flexíveis É uma linha horizontal presa em duas ancoragens, uma em cada extremidade. Porém, pode ser composta por vários elementos: a linha, ancoragens de extremidade e intermediar, ponto móvel de ancoragem, absorvedor de energia de linha, manilha, sapatilha para cabo de aço, grampo, tensionado, indicador de tensão. Pode ser em um único vão ou em vários vãos. Pode ser retilínea ou formar ângulos entre dois vãos, ou mesmo formar um circuito fechado. Pode ter um ou mais usuários, sendo que neste caso deve-se considerar a possibilidade de ocorrência de quedas múltiplas, simultâneas ou sequenciais. Pode ter ou não absorvedores de energia de linha, em uma extremidade ou nas duas. As linhas de vida flexíveis horizontais podem ser fabricadas em corda de fibra sintética, fitas ou cabo de apoio. Se a utilização for fita ou cordas, o fator de segurança a ser empregado deve ser de no mínimo 3 vezes a carga atuante. Para o caso de cabos de apo,
o fator de segurança deve ser no mínimo 2 vezes a carga atuante. A corda sintética flexível de linhas de vida deve ser produzida de filamentos sintéticos virgens ou fibras sintéticas com multifilamentos, apropriadas para o uso pretendido. O polipropileno não deve ser usado. Dimensionaremos apenas linha de vida utilizando cabo de aço. Atualmente, as linhas de vida comercializadas por fabricantes normalmente possuem absorvedor de energia acoplado, que tem por finalidade diminuir a carga nas ancoragens. Hoje, no mercado, temos diversos fornecedores com materiais certificados de acordo com normas euro- peias e americanas. Segundo a norma ANSI Z359, os comprimentos de instalação de linhas de vida horizontais não podem ser menores que 6m ou maiores que 18m, para linhas com um vão apenas. A norma europeia e as normas brasileiras não têm parâmetros quanto ao vão. No mercado, existem linhas de até 15m de vão máximo e não ha parâmetro para o tamanho menor de linha de vida, uma vez que estão compostas com absorvedor de linha. A quantidade de vãos não e normatizada. Normalmente se utilizam linhas de vida com até uns 20 vãos. Alguns fabricantes limitam a quantidade de vãos para seus produtos. As linhas de vida sem absorvedor de energia são mais comumente utilizadas em obras civis. Para tanto, podemos dividir em duas partes o estudo da linha de vida horizontal: A primeira parte refere-se ao dimensionamento da linha de vida flexível e todos os seus componentes. A segunda parte refere-se à instalação da linha de vida flexível na obra, que aborda os pontos de ancoragem que tenham condições de absorver as cargas calculadas na primeira parte. São dois projetos distintos. Uma vez calculada a linha de vida, ela pode ser instalada em lugares diferentes. Para cada lugar deve ser avaliada a resistência da ancoragem. Os sistemas de linhas de vida devem ter uma plaqueta de identificação indelével em aço inox, PVC ou alumínio com no mínimo as seguintes informações: Número da linha de vida. Data de fabricação e instalação. Quantidade de pessoas que a linha suporta por vão. CNPJ do fabricante.
Cabos de aço para linhas de vida Os cabos de aço recomendados para serem utilizados como linha de vida são os cabos 6 x 19 AF (alma de fibra) ou 6 x 25 AF, uma vez que são cabos mais flexíveis e fazem com que o lago seja menor nas extremidades. Segue tabela da CIMAF que mostra informações sobre o cabo de ago do tipo 6
a, no mínimo, duas vezes a carga a que estará submetido. As cargas nos pontos de ancoragem de linhas de vida sao muito maiores. As normas que abordam pontos de ancoragem sao: NBR 16325- 1 - Pontos de ancoragem tipos A, B, e D. NBR 16325- 2 - Pontos de ancoragem tipo C. O tipo A é o dispositivo de ancoragem projetado para ser fixado a uma estrutura por meio de uma ancoragem estrutural ou de um elemento de fixação. Ancoragem estrutural e um elemento de um sistema de ancoragem que é fixado de forma permanente na estrutura, no qual pode ser conectado um dispositivo de ancoragem ou um EPI. O tipo B e o dispositivo de ancoragem transportável com um ou mais pontos de ancoragem estacionários. O tipo C e o dispositivo de ancoragem que inclui uma linha de ancoragem flexível horizontal, que não pode se desviar do plano horizontal por mais de 15°, quando medido entre duas ancoragens, em qualquer ponto de sua trajetória. E a linha de vida horizontal flexível. Os pontos de ancoragem tipo C devem ser calculados considerando os resultados dos cálculos ou testes realizados pelo sistema proposto. O tipo D e o dispositivo de ancoragem que inclui uma linha de ancoragem rígida, que não pode se desviar do plano horizontal por mais de 15°, quando medido entre duas ancoragens, em qualquer ponto de sua trajetória. A certificação de pontos de ancoragem para instalação de linhas de vida horizontais deve ser feita após testes e/ou cálculos estruturais que demonstrem que a ancoragem resistira as cargas de cálculos. A ancoragem deve ter a resistência suficiente para a instalação da linha de vida e esforços solicitantes provenientes do seu uso e eventual queda. A ancoragem utilizada será feita a partir de Tubos Roll, que suportam até 3.500 Kgf de força, sendo que no nosso sistema, a força no cabo será de 1953,14 Kgf.
Figura 6 – Tabela de Carga do tubo Roll, retirado do site da fabricante.
Requisitos de projeto de linha de vida A linha de vida horizontal flexível e um sistema em que cada elemento deve resistir às forças que serão submetidas desde o cinto de segurança, talabarte, argola D, absorvedores de energia, conectores, cabos de aço e finalmente o sistema de ancoragem. Alguns equipamentos, tais como o trava-quedas retrátil, podem não funcionar bem, aplicados às linhas de vida flexíveis horizontais. Dessa forma e importante consultar os fabricantes para verificar a aplicabilidade do modelo. O sistema deve assegurar um espago mínimo após a queda de um metro (1,00m) entre a cola- borrador e o nível de impacto. Passos para o projeto de instalação de linhas devida Seguem os passos necessários para a efetivação de um projeto de instalação de linha de vida:
- Estudo do local de instalação da linha de vida e cálculo da zona livre de queda (ZLQ). O sistema deve ser projetado de maneira a minimizar a distância de queda livre: quanto menos energia o corpo adquire, menor a carga dinâmica no corpo.
- Cálculo da linha de vida, com reação nas ancoragens; especificações do cabo de ago e demais elementos.
- Cálculo dos pontos de ancoragem da linha de vida, seja ancoragem de borda ou ancoragens intermediarias, com locação deles em desenho estrutural do prédio;
- Cálculo ou teste do substrato onde serão instalados os suportes de ancoragem. Calculo da zona livre de queda (ZLQ) Um dos primeiros cálculos que se deve fazer para o projeto de linha de vida e da zona livre de queda (ZLQ), com o intuito de saber se prossegue com o projeto ou não, pois muitas vezes com a altura disponível na obra não é possível a instalação de uma linha de vida flexível. Parte-se então para a linha rígida ou pontos de ancoragem individual ou utilização de trava-quedas retrátil. A zona livre de queda e a região compreendida entre o ponto de ancoragem e o obstáculo inferior mais próximo contra o qual o trabalhador possa colidir em caso de queda, tal como o nível do chão ou o piso inferior. A seguir, imagem com ambiente-padrão para estudo de ZLQ. Caso 1: Utilização de talabarte com absorvedor de energia. f3 = Flecha dinâmica de cálculo. a = Comprimento do talabarte. b = Comprimento do absorvedor de energia totalmente aberto. c = Distancia do elemento de engate do cinturão até o pé da pessoa (1,5m). Adotamos 1,8m para prevenir escorregamento do cinto. d = Distancia de segurança (1 metro; determinada nas normas NBR 14626, 14627, 14628, 14629, 15834). ZLQ = f3 + a + b + c + d
quedas retrátil na posição todo recolhido b1= comprimento do cabo retrátil para fora do recolhedor na posição de trabalho B1 = comprimento do cabo retrátil para fora do recolhedor na posição final de queda (comprimento na posição inicial acrescido da distância de escorregamento do trava-quedas retrátil até parar a queda). C1 = distância entre o anel D do cinto de segurança e o pé do colaborador. Algumas normas dão como 1,5m. Foi adotado 1,8m para prevenir escorregamento do cinto. D1 = distancia de segurança (1,00m) adotado.
Dimensionamento de linha de vida horizontal flexível Premissas Atualmente, existem no mercado muitas linhas de vida comercializadas por fabricantes nacionais e internacionais. Normalmente, essas linhas de vida têm absorvedores de energia acoplados a elas. Os absorvedores tem por finalidade a diminuição da reação nas ancoragens. É recomendado que as linhas de vida que forem projetadas sem absorvedor de energia devem ser montadas com uma flecha igual ou maior que 3% do vão para diminuir o impacto nas ancoragens.
Diagrama de uma linha de vida sem absorvedor de energia O diagrama a seguir apresenta a estrutura de uma linha de vida sem absorvedor de energia:
L = Vão compreendido entre as ancoragens da linha de vida. L1 = Comprimento total do cabo com uma flecha de montagem determinada. f = Flecha de montagem > 3% do vão (L). Quanto maior a flecha, menor o esforço na ancoragem. f2 = Flecha considerando o comprimento L1 do cabo formando um triangulo sem carga dinâmica. f3 = Flecha máxima quando a carga dinâmica atinge o seu máximo. P = Carga dinâmica atuando na retenção da queda (600 kgf). T1 = Força de tração no cabo. Também é a força transmitida pelo cabo nas ancoragens. f3-f2 = E o espago de frenagem do corpo. q = Peso do cabo
(kg/m).
ETAPAS PARA O CÁLCULO PASSO 1 CALCULO DE f Tomamos o valor da flecha > 3% do vão f1 = 0,03 L PASSO 2 CALCULO DE L1 (comprimento do cabo parabólico) O cabo com a flecha de montagem deve ser no mínimo 3% do vão. Quanto maior a flecha de montagem, menor será a força de reação do cabo na ancoragem.
PASSO 3
CALCULO DE f2 - Flecha triangular considerando o comprimento L1 do cabo
PASSO
CALCULO DO ALONGAMENTO DO CABO SUBMETIDO A UMA FORÇA DE
TRAÇÃO DE VALOR QUALQUER
Para se calcular a flecha dinâmica f3, e necessário saber o alongamento que o cabo irá sofrer. Para isso, e preciso saber qual a força de tração no cabo (T1). Essa força depende da carga dinâmica sobre o corpo P e do angulo formado pelo cabo de aço quando submetido a carga dinâmica, que depende de f3. Por isso deve-se fazer o cálculolo iterativo, iniciando com uma força T qualquer, por exemplo 1.500,00 kgf. Calculamos então o alongamento do cabo com tal força arbitrada. Onde, AL = Alongamento do cabo submetido a uma força T. T = Fora inicial adotada para o início do cálculo de iteração. L1 = Comprimento do cabo com a flecha adotada. Ac = Área metálica do cabo (informação obtida dos catálogos dos fabricantes de cabo de aço). E = Modulo elástico do cabo (retirado do manual técnico CIMAF = 9,5 x 105 kgf/cm^2 para o cabo 6x19).
valor e utilizado para entrada no início do processo de cálculo com essa nova força adotada e assim sucessivamente, até que o valor de força adotada T seja igual a força calculada T1, aí teremos o ponto de trabalho do sistema. FORÇA DE TRAÇÃO T DE PROJETO E FATOR DE SEGURANÇA Quando a força T1 calculada for de mesma magnitude que a força T (tentativa), ela será 2 a força de tração no cabo adotada no projeto para dimensionamento do cabo de aço e ancoragens do sistema. Para o dimensionamento do cabo de aço, adota-se um fator de segurança no minimo de 2,0.
Cálculo da linha de vida proposta:
DADOS DE ENTRADA VALORES UNIDADES Peso do Corpo 100 Kgf Vão (L) 6 m Diâmetro do Cabo (d) 9,53 mm Força de Ruptura do Cabo (fu) 6100 Kgf Número de Pessoas (n) 2 un Comprimento do Talabarte (a) 1,40 m Comprimento abs. Estendido © 1,10 m Uso de Trava quedas Retrátil (A1) 0,90 m
Espaço Frenagem Travaquedas Retrátil (B1) 0,90 m
Distância posição Recolhida à Posição de Trabalho (b1) 1,00 m
FORÇA CABO ITERAÇÃO
CÁLCULOS Flecha (%) 3 % Comprimento do Cabo c 3% 6014 mm Dl Alongamento do cabo (delta l) 43 mm Flecha Inicial Parabólica (f1) 180 mm Flecha Inicial Cabo Reto (f2) 208 Mm Flecha Total Carga Dinâmica (f3) 416 Mm Distância de Frenagem 208 Mm Carga do Corpo (P) 700 Kgf Força no Cabo (T1) 1953,14 Kgf Força Admissível (Fadm) 2440 Kgf Número de Pessoas (n) 2 Hmin Cabo/Piso talabarte (ZLQ1) 5.72 M Hmin Cabo/Piso travaquedas (ZLQ2) 4.12 M Distância do piso de Trabalho/Piso abaixo p/ travaquedas (Hp) 2.36 M Coeficiente de Utilização do Cabo 0, 80 % Fator de serviço do Cabo 2,
Referência O cálculo foi realizado com base no e-mail recebido no dia 27/05/2021.
Cálculo efetuado por: Engº Felipe Antunes Moreira CREA-SP Nº 5070235580
