Arquitetura Naval II

Csar Salhua

rea de Engenharia Naval

Departamento de Engenharia Mecnica

Universidade Federal de Pernambuco

Parte I : Estabilidade Intacta

Parte 1: Estabilidade Intacta

1 Estabilidade a grandes ngulos

Caractersticas Principais da Curva de GZ

a) Regio Linear

Para pequenos ngulos, at 8 aproximadamente. A altura metacntrica o valor a ser

Considerado para analisar a estabilidade de uma embarcao.

Sabe-se que GZ = GMT fEsta a equao de uma reta. Portanto, nesta regio a curva de GZ para pequenos e

grandes ngulos deve ser a mesma.

b) Imerso do convs principal

Para a maioria das embarcaes, este um ponto de inflexo da curva GZ, desde o

ponto de vista do projeto um indicador importante para poder mudar os pontos de

alagamento progressivo (aberturas do casco no convs) e incrementar o pontal, com o

intuito de incrementar a estabilidade a grandes ngulos.

c) GZ mximo

Este o mximo brao de restaurao que a embarcao pode ter num determinado

ngulo de escora. O ngulo onde este brao apresentado de muita importncia.

d) Limite de estabilidade

o ngulo de escora para o qual o brao de estabilidade nulo.

e) Faixa de estabilidade

Esta faixa representa a regio entre dois ngulos de escora onde os braos GZ so

nulos.

f) rea da curva

Esta curva representa a energia de restaurao.

f

f

f

2

1

Md1A Dividindo entre o deslocamento:

ff

f

ff

f

2

1

2

1 dGZ

dGZ

A

Um dos primeiros trabalhos a considerar a energia de restaurao como parmetro

a ser analisado para verificar a estabilidade de embarcaes foi desenvolvido por

Piorrettet (1935).

Energia escorante: A1 + A3 + A4

Energia de restaurao: A2 + A3+ A4

Condio minima: Energia escorante = Energia de restaurao

Energia de restaurao Energia escorante = A2+A3+A4-(A1 + A3 + A4) = 0

Energia de restaurao Energia escorante = A2-A4= 0

A2=A4

Efeito da altura metacntrica negativa na curva GZ-Em algumas condies, a altura metacntrica de uma embarcao negativa, o

qual produz que o momento de restaurao seja negativo, portanto o brao GZ

negativo tambm.

-Porm, a partir de um determinado ngulo de escora o momento de restaurao

volta a ser positivo e a embarcao volta ter estabilidade. Sendo que o ngulo de

equilbrio transversal mudou para f1, que se conhece como ngulo de loll.-Este efeito produz um movimento de balano indesejvel.

Formulao simplificada do navio com costados retos-Formulao que permite estudar o comportamento do brao de restaurao

considerando que os costados da embarcao so retos ao longo de todo seu

comprimento.

-Sua aplicabilidade prtica limitada devido ao fato que no muitas embarcaes

apresentam os costados retos ao longo de todo seu comprimento, sobre todo na

proa e na popa existe mudana na forma do costado.

Exemplo considerando um GMt negtivo

2 Critrios de Estabilidade

William Froude (1868) percebeu que a estabilidade de embarcaes deve ser

tratado como um fenmeno dinmico, incluindo o efeito da onda, devido ao fato

que ele observou que o balano das embarcaes aumentava quando ondas

incidiam longitudinalmente sobre a embarcao (perodo de oscilao de pitch

duas vezes o perodo natural de roll).

Devido as complexidades envolvidas o problema foi tratado do ponto de vista

esttico, ou seja considerando guas calmas.

Uma das primeiras iniciativas para incluir os efeitos dinmicos, foi a

considerao da energia dos momentos escorantes e restauradores propostos

por Reed (1868). Porm, sempre considerando guas calmas (hidrosttica).

Rahola (1939) marco uma referncia na avaliao pratica da estabilidade de

embarcaes. Este trabalho parte da sua tese doutoral, na qual utilizou como

referencia resultados oficiais de 34 casos de emborcamento, onde foram

analisadas e comparadas curvas de momentos de restaurao de embarcaes

emborcadas com as curvas de momentos de restaurao com estabilidade

satisfatria (existentes naquela poca). De esta forma, foi capaz de estabelecer

valores mnimos para o momentos de restaurao que garantissem a segurana

dos navios frente ao emborcamento.

O trabalho de Rahola causou grande impacto devido a que foi o primeiro estudo

amplo do seu tipo e porque o mtodo proposto foi relativamente simples de ser

aplicado na prtica, ao no requerer de qualquer outro tipo de clculo complexo

uma vez conhecidas as curvas de braos de restaurao.

Por este motivo, muitas das regras ou recomendaes de estabilidade, por

exemplo, a Conveno de Torremolinos (IMO, 1977), ainda baseiam seus

critrios de avaliao de estabilidade na metodologia desenvolvida por Rahola.

Estes critrios como de esperar, no so totalmente confiveis para as

embarcaes atualmente existentes, como queda evidenciado nos grandes

acidentes onde a estabilidade de estes satisfazia (muitas vezes por um amplo

margem) os critrios da IMO e a pesar disto emborcaram.

Durante muitos anos, as tentativas para entender e tratar o problema de

emborque de embarcaes em ondas tem sido esporadicamente y, em geral,

sem nenhuma coordenao global por parte de autoridades. A pesar disto,

muitos pesquisadores e instituies envolvidas com o avano do conhecimento

nesta rea tem dado contribuies importantes, como por exemplo, Du Cane e

Goodrich (1962), Oakley et. al. (1974), Hamamoto e Nomoto (1982), Umeda e

Renilson (1994) entre outros.

Muitos destes trabalhos tem permitido identificar analtica, numrica e/ou

experimentalmente muitos fenmenos prprios do comportamento dinmico de

embarcaes, para os quais, ainda hoje, existem poucos ou nenhum critrio

unnime de avaliao.

Dentre os fenomenos que levam a perda de uma embarcao, o que mais tem

atraido a ateno de pesquisadores e instituies como a Organizao Martima

Internacional (IMO), a Conferencia Internacional de Tanques de Reboque (ITTC),

Sociedades Classificadoras, entre outras, so os mecanismos que levam ao

emborcamento, principalmente em mar de popa, pois este a condio mais

desfavorvel para uma embarcao.

Resoluo A.167 da IMO, baseada quase integralmente no estudo de Rahola.

Critrio complementar considerando momentos escorantes

Durante a operao de uma embarcao importante considerar efeitos que

possam fazer com que embarcao sofra ngulos de escora, estes angulos podem

comprometer a estabilidade.

Dentre os efeitos que podem produzir escoras podem-se mencionar os seguintes:

-Vento que atua transversalmente na superestrutura

-O movimento de balano do casco produzido pelas ondas.

-As foras produzidas no casco durante as manobras.

-O carregamento e descarregamento de pesos.

a) Momentos escorantes produzidos pelo vento

Brao do momento escorante produzido pelo vento

Brao escorante

Onde:

A: rea projetada (m2 ).

V: vento medio, considerar 100 ns.

l: brao de momento desde a metade do calado at o centride de reas

expostas projetada transversalmente (m).

: deslocamento da embarcao (MN).

Critrio a ser adotado:

O ngulo S o ngulo de equilibrio entre o momento do vento e o momentoescorante se o vento for constante e no existirem ondas.

A partir do ngulo S trazado um ngulo de 25o com sentido negativo do eixo

de angulos de escora, a partir da vertical desse ngulo considerado o inicio

de aplicao do momento escorante e de restaurao.

b) Momentos escorantes produzidos por levantar um peso pelo costado

Brao do momento escorante pelo iamento de um peo transversalmente

Brao =

Onde:

W : peso a ser iado

a: distncia transversal da linha de centro at peso no final do brao do guindaste.

: deslocamento incluindo o peso a ser iado.

Critrio a ser adotado segundo a USN (United States Navy)

b) Momentos escorantes produzidos por levantar um peso pelo costado

c) Momento produzido durante o giro de uma embarcao durante manobras

O momento devido a fora centrifuga durante uma manobra de giro obtido

aproximadamente pela seguinte equao:

O brao de escora devido a o giro da embarcao:

Onde:

V: velocidade da embarcao (m/s).

g: gravidade (m/s2).

R: raio de giro, pode a metade do diametro tactico (m).

T: calado (m).

KG: altura do centro de gravidade (m).

Critrio a ser adotado:

c) Momento produzido durante o giro de uma embarcao durante manobras

Exemplo:

Uma embarcao com deslocamento de 50MN tem um KG = 8.40m, apresenta

as curvas GZ de estabilidade mostradas a seguir , as quais foram determinadas

com um KG = 5.0m.

GZ(m)

Soluo:

Verificar se a curva tem cumpre com os seguintes critrios:

a) Energia de restaurao (estabilidade dinmica)

rea at 30 = 0.0565m*rad > 0.055m*rad

rea at 40 = 0.1219m*rad > 0.090m*radCumpre com este critrio

rea entre 30 e 40 = 0.0654m*rad > 0.030m*rad

GZ = 0.29m > 0.20m

b) Brao de restaurao para = 30

c) GZ mximo para um > 30

GZ = 0.46m para = 45

d) Altura metacntrica inicial deve ser > 0.15m

Da curva de GZ pode-se obter a seguinte equao: GMt = 0.0045

Considerado = 1rad = 57.29o

GMt = 0.0045 (57.29) = 0.2578m

Cumpre com este critrio

Verificar se a embarcao apresenta suficiente estabilidade transversal quando

Incide sobre ela um vento de 100 ns.

GZs = 0.077m

GZmax = 0.49m

A1=0.031857RAD*M

A2=0.218537RAD*MA1

A2

A2>=1.4*A1

0.218537>0.0445

GZs

2.1 Critrios de Estabilidade - Regulamentaes

NORMAM : Normas da Autoridade Martima Brasileira

Tem regras prprias que impem critrios mnimos que devem ser cumpridas por

toda embarcao, dentro do regime aplicvel, que operaro no mar brasileiro.

NORMAM 01 Embarcaes para mar aberto

NORMAM 02 Embarcaes para navegao interior

IMO: International Maritime Organization

a agencia das Naes Unidas que se responsabiliza pela segurana das

operaes martimas e a preveno da poluio marinha por navios.

Emite uma srie de regras com critrios mnimos aplicveis a todas as

embarcaes com bandeira ou que operaro em algum dos pases membros da

IMO.

MARPOLMarpol 73/78 uma Conveno Internacional para a Preveno da Poluio por Navios,

criado em 1973 e alterado pelo Protocolo de 1978. ("Marpol" uma abreviao para "marine

pollution" e 73/78 uma abreviao para os anos 1973 e 1978.)

Marpol 73/78 uma das mais importantes convenes ambientais internacionais. Ela foi

criada com o intuito de minimizar a poluio dos mares , incluindo dumping de leo e

poluio de escape. Seu objeto declarado : para preservar o meio marinho atravs da

completa eliminao da poluio por hidrocarbonetos e outras substncias nocivas e a

minimizao da descarga acidental de tais substncias.

A Conveno MARPOL original foi assinado em 17 de fevereiro de 1973, mas no entrou em

vigor. A Conveno atual uma combinao da Conveno de 1973 e do Protocolo de 1978.

Ela entrou em vigor em 02 de outubro de 1983. Em 31 de dezembro de 2005, 136 pases,

representando 98% da tonelagem mundial de navegao, j faziam parte da Conveno.

Todos os navios embandeirados em pases que so signatrios da Conveno MARPOL

esto sujeitos s suas necessidades, independentemente de onde eles navegam e as

naes membros so responsveis por embarcaes registradas em suas respectivasnacionalidades.

2.1 Critrios de Estabilidade - Regulamentaes

SOLAS (International Convention for the Safety of Life at Sea, 1974)

A Conveno Internacional para a Salvaguarda da Vida no

Mar (em ingls: Safety of Life at Sea - SOLAS) (International Convention for the

Safety of Life at Sea). o mais importante tratado sobre a segurana da marinha

mercante.

A primeira verso da SOLAS foi assinada em 1914, consequncia directa do

acidente com o Titanic. Em 1928 foi adoptada a segunda emenda da conveno,

em 1948 a terceira e em 1965 a quarta.

Hoje, a SOLAS data de 1974, ano em que foi profundamente revista.

A Conveno Internacional para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar tem por

propsito estabelecer os padres mnimos para a construo de navios, para a

dotao de equipamentos de segurana e proteo, para os procedimentos de

emergncia e para as inspees e emisso de certificados.

TORREMOLINOS

A Conveno Internacional de Torremolinos para a Segurana das Embarcaes

de Pesca, de 1977, bem como o seu Protocolo adotado pela Conferncia de

Torremolinos, de 1993, realizadas no mbito da IMO Organizao Martima Internacional, nunca entraram internacionalmente em vigor devido ao insuficiente

nmero de ratificaes por parte dos Estados signatrios.

Sociedades de Classificao

No setor da navegao, Sociedades Classificadoras so empresas, entidades

ou organismos reconhecidos para atuarem em nome da Autoridade Martima

Brasileira na regularizao, controle e certificao de embarcaes nos aspectos

relativos segurana da navegao, salvaguarda da vida humana e da

preveno da poluio ambiental. As normas e procedimentos previstos na

presente norma complementam os dispositivos legais em vigor, no

desobrigando os utilizadores de conhecer esses dispositivos, em especial a Lei

no 9537 de 11/12/97 que dispe sobre a segurana do trfego aquavirio

(LESTA) e o Decreto no 2.596 de 18/05/98 (RLESTA). Alm dos Representantes

da Autoridade Martima devidamente designados, somente as Sociedades

Classificadoras formalmente reconhecidas por meio de Acordo de

Reconhecimento podero realizar, em nome da Autoridade Martima Brasileira, as

auditorias, inspees, vistorias e emisses de certificados e demais documentos

previstos nas Convenes e Cdigos Internacionais das quais o pas signatrio

e/ou na legislao nacional aplicvel.

Embarcao descrita na

NORMAM e com propsito

tambm descrito na NORMAMUtilizar NORMAM

Embarcao descrita na

NORMAM e com propsito no

descrito na NORMAM

Utilizar :

-NORMAM

-Norma IMO, SOLAS ou MARPOL

-Ou Sociedade de Classificao

Embarcao no descrita na

NORMAM

Utilizar :

-Norma IMO

-Ou Sociedade de Classificao

LEMBRAR O CRITRIO MAIS EXIGENTE DAS NORMAS UTILIZADAS O QUE

DEVE SER UTILIZADO!!!!

Exemplo:

Empurrador fluvial

Regra aplicvel Tipo de Embarcao Funo

NORMAM 02 Rebocador/Empurrador Rebocar/Empurrar

NORMAM 02 2011Existem duas possveis opes, dependendo da regio onde o rebocador ir a

operar : rea 1 ou rea 2

Continuao:

Continuao:

2.2 Condies de CarregamentoA avaliao da estabilidade dever ser efetuada para as condies de

carregamento nas quais o proprietrio pretende operar a embarcao. Porm, de

boa prtica avaliar todas as possveis condies nas quais a embarcao pode

estar at atingir a condio de carregamento de projeto.

Por exemplo:

Embarcaes de carga

a) Condio de partida de porto:

Carregamento mximo com 100% de consumveis (tanques de combustvel,

gua e comestveis)

b) Condio de chegada ao porto de destino:

Carregamento mximo com 10% de consumveis (tanques de combustvel,

gua e comestveis).

c) Condio de peso leve:

Sem carregamento e 0% de consumveis (tanques de combustvel, gua e

comestveis)

Condio Leve

Chegada ao porto de destino: 100% Carga 10% Consumveis

Embarcaes de pesca

a) Condio de partida de porto:

0% do carregamento com 100% de consumveis (tanques de combustvel,

gua e comestveis)

b) Condio de chegada a zona de pesca:

0% do carregamento com 60% de consumveis (tanques de combustvel,

gua e comestveis).

c) Condio de sada da zona de pesca:

100% do carregamento com 60% de consumveis (tanques de combustvel,

gua e comestveis).

d) Condio de peso leve:

0% de carregamento e 0% de consumveis (tanques de combustvel, gua e

comestveis)

e) Condio de retorno ao porto:

100% do carregamento e 10% de consumveis (tanques de combustvel, gua

e comestveis)

Condio Leve

100% Carga 10% Consumveis

2.3 Efeito de superfcie livre na estabilidade agrandes ngulos

MREST : Momento de restaurao original

MREST TOTAL : Momento Total

MSL : Momento devido ao efeito da superfcie livre do tanque

MREST TOTAL = MREST - MSL

Brao de restaurao com

efeito de superfcie livre:

Efeito de superfcie livre produzido pelo tanque:

Tanque:

Momento produzido pelo tanque:

Momento da

primeira cunha:

Analogamente o

momento da

segunda cunha:

Momento do efeito de

superfcie livre:

Diminuio do brao de

restaurao devido ao

efeito de superfcie livre

IT : Momento de inrcia transversal do tanque em relao ao centroide da rea

inicial.

Tanque Esfrico

Movimentao do centroide do

liquido do tanque

Movimentao do centro de

gravidade da embarcao

Diminuio do brao de

restaurao devido ao

efeito da superfcie livre

Efeito da superfcie livre sobre a curva de restaurao a grandes ngulos:

ATA DE ESTABILIDADE E TRIMADO OU FOLHETO DE

TRIM E ESTABILIDADE

Documento que avalia as condies de trimado e estabilidade do projeto em

vrias condies de carregamento.

As regras e normas de estabilidade aplicveis devem ser utilizadas.

As caractersticas dos tanques devem ser informados, assim como a

porcentagem de preenchimento.

Exemplo Catamar de passageiros:

CARACTERSTICAS DA EMBARCAO

Compartimentagem:

CRITRIO DE ESTABILIDADE

CONDIO DE SAIDA DE PORTO : 100% CONSUMIVEIS

CONDIO DE SAIDA DE PORTO : 100% CONSUMIVEIS

CONDIO DE CHEGADO AO PORTO: 10% CONSUMIVEIS

CONDIO DE CHEGADO AO PORTO: 10% CONSUMIVEIS