conversÃo do corpo paralelo de um petroleiro...

CONVERSÃO DO CORPO PARALELO DE UM PETROLEIRO EM UM DIQUE

FLUTUANTE

Clara Maria Pereira da Silva

Pro

Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

Co-Orientador: Peter Kaleff

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2014

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Naval e Oceânica, Escola

Politécnica, da Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro Naval e Oceânico.

ii


FLUTUANTE


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO

DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE

ENGENHEIRA NAVAL E OCEÂNICA.

Examinada por:

_________________________________________________

Orientadora: Profª. D.Sc Marta Cacilia Tapia Reyes

_________________________________________________

Co-Orientador: D.Sc Peter Kaleff

_________________________________________________

Prof. D.Sc Severino Fonseca da Silva Neto

_________________________________________________

Prof. D.Sc Julio Cesar Ramalho Cyrino

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

FEVEREIRO DE 2014

iii

Silva, Clara Maria Pereira da

Conversão do Corpo Paralelo de um Petroleiro em um

Dique Flutuante/ Clara Maria Pereira da Silva, - Rio de

Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2013.

46p: VIII.: 29,7 cm.

Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes

Projeto de Graduação - UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso

de Engenharia Naval e Oceânica, 2013

Monografia apresentada ao curso de Engenharia Naval e

Oceânica da Universidade Federal do Rio de Janeiro

1. Operações de Diques Flutuantes. 2. Modelação

Computacional.

Referências Bibliográficas: p. 39

I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II. Universidade Federal

do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de

Engenharia Naval e Oceânica. III.

Conversão do Corpo Paralelo de Petroleiro em Dique

Flutuante/ Clara Maria Pereira da Silva - Rio de Janeiro:

UFRJ/ Escola Politécnica, 2014.

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente ao meu Deus, cuja sabedoria e misericórdia

definitivamente me fizeram chegar até aqui, e com certeza ir muito mais além.

Aos meus pais, sem os quais absolutamente nada seria possível. Dos grandes gestos

às simples demonstrações de amor, palavras de fé e muitas vezes por confiar mais na

minha capacidade do que eu mesma. Foram determinantes para eu ser quem sou e

conquistar tudo que conquistei e conquistarei.

A minha irmã pela paciência, extremo amor, apoio, palavras de motivação, minha

segunda mãe.

Meus sinceros agradecimentos a Professora Orientadora, pelo extremo esforço para

me auxiliar a concluir o projeto, e principalmente em me capacitar desde do primeiro

dia de aula a ser a Engenheira que pretendo ser. Agradeço também ao Co-Orientador

Peter Kaleff, pelo apoio para efetivação deste projeto e no aprimoramento de meus

conhecimentos. Ao professor Severino Neto pelo apoio e carinho de sempre.

Agradeço ao Estaleiro Ilha S. A. - EISA - primeiramente por ter contribuído para

minha formação ao me proporcionar um estágio requerido na ementa do Curso de

Engenharia Naval e Oceânica e principalmente por todo suporte nos fornecimentos dos

dados para as presentes análises.

Aos alunos Daniel Leitão, Juan Rodríguez e Sandra Ramón. Pelo suporte nesta

etapa final de meu curso.

Aos amigos Navais, que sempre contribuíram para meu crescimento acadêmico.

Em especial primeiramente a Eloana Moreira, sem a qual definitivamente minha vida

acadêmica seria ainda mais difícil. Agradeço também ao Vitor De Santis, Roni

Conceição, Aline Coelho, Igor Gabriel, Thayanna, Juan Pablo e muitos outros que

também contribuíram com amizade e apoio.

Agradeço a minha família que sempre está comigo e sorri todos os meus sorrisos e

chora todas as minhas dores. Obrigada pelo amor e incentivo de sempre.

Agradeço também aos amigos pelo apoio de sempre. Em especial à Alessandra

Pereira, Renata Rosa, Camila de Souza, Estela Ribeiro, Agnes Samara e Jaqueline.

v

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheira Naval e Oceânica.


FLUTUANTE


Fevereiro/2014

Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes

Co-Orientador: Peter Kaleff

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Devido a problemas contratuais, um estaleiro nacional interrompeu o processo de

edificação de um navio petroleiro. Tendo em vista que alguns blocos de seu corpo

paralelo já haviam sido edificados, a empresa adaptou o projeto de um dique flutuante a

partir de tais blocos. No presente trabalho será realizada a analise via modelação por

elementos finitos da resistência estrutural da embarcação nas condições criticas de

operação.

vi

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Naval Engineer.

CONVERTING THE PARALLEL MIDDLE BODY OF TANKER SHIP INTO A

FLOATING DOCK


February/2014

Advisor: Marta Cecília Tapia Reyes

Co-Advisor: Peter Kaleff

Graduation: Naval Engineering

Due to contractual issues, a national shipyard halted the construction of an oil

tanker. Considering that some blocks of your body parallel had been built, the company

adapted the design of a floating dock from such blocks. In the present study, we

conducted the analysis via finite element modeling of the structural strength of the

vessel in critical operating conditions.

vii

Sumário

1. Introdução ................................................................................................................ 1

2. Operações de Diques Flutuantes ............................................................................... 3

2.1. Transferência da embarcação (Load-out) ........................................................... 3

2.2. Colocação em flutuação (Float-off).................................................................... 5

3. Considerações sobre o projeto do dique flutuante ..................................................... 6

3.1. Embarcações a serem transportadas ................................................................... 6

3.2. Restrições do Cais de desembarque. .................................................................. 6

3.2.1. Altura do cais ........................................................................................ 7

3.2.2. Efeito de maré no Load-Out .................................................................. 7

3.3. Imersão máxima nas Operações de float off ....................................................... 8

3.4. Método de transferência..................................................................................... 8

4. Considerações sobre a conversão realizada ............................................................. 10

5. Modelo estrutural ................................................................................................... 17

5.1. Características do modelo ................................................................................ 19

5.2. Condições de Contorno .................................................................................... 22

5.3. Cargas a serem consideradas ............................................................................ 22

5.3.1. Peso do dique ...................................................................................... 22

5.3.2. Embarcação que vai colocada em flutuação ......................................... 22

5.3.3. Pressão Hidrostática ............................................................................ 25

5.3.4. Carregamento de lastro ........................................................................ 26

6. RESULTADOS ...................................................................................................... 30

7. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 38

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 39

1

1. Introdução

As intensas atividades petrolíferas offshore impulsionaram o desenvolvimento da

indústria naval nacional e, consequentemente, estimulou a demanda por novas

embarcações. A descoberta do pré-sal ratificou a motivação para este aumento da

demanda, por exemplo, de navios-sonda, plataformas de produção e embarcações de

apoio marítimo. O governo brasileiro, visando estimular o setor naval do país lançou

algumas medidas de política industrial [1] e com isso as empresas de petróleo e gás

efetuaram grandes encomendas aos estaleiros nacionais. Este movimento de retomada

de investimentos foi iniciado a partir da necessidade de renovação e ampliação da frota

de apoio marítimo, que, além de representar maior número de encomendas, gerando

escala, era composta por embarcações mais simples e mais baratas do que os navios-

sonda e as plataformas de produção [1].

Um estaleiro nacional que possui carreiras de edificação para navios de médio porte

mas também tem uma área de cais que permitiria a edificação de embarcações de

serviço offshore decidiu fazer o projeto de um dique flutuante para realizar as operações

de transferência destas embarcações para a água.

Sendo assim, implementou-se o projeto deste dique, que tem por objetivo realizar

as operações de load-out e float-off das embarcações que constam em sua carteira de

encomendas.

Para baratear o custo desta construção foi decidido utilizar blocos em desuso de um

navio petroleiro.

O aproveitamento de blocos construídos implica em detalhes estruturais que

diferem de um projeto novo e que portanto devem ser analisados via elementos finitos.

Neste trabalho são realizados estes modelos e suas analises e claro que para realizar

a conversão dos blocos do petroleiro em dique, é imprescindível, a priori, ter

conhecimento sobre as operações que pretende-se realizar por meio dele, além das

especificações de projeto e restrições, que levam em conta tais operações e o local onde

serão realizadas.

Assim sendo no capitulo 2 são tratadas as diversas operações que os diques

flutuantes realizam e no capitulo 3 estão indicadas as condições de contorno do local

2

onde o dique flutuante vai operar. Do mesmo modo no capitulo 4 estão indicados os

diversos sistemas de transferência utilizados na conversão.

No capítulo 5 constarão as considerações pertinentes para realizar a conversão dos

blocos em dique flutuante. No capítulo 6 será realizada a análise de viabilidade deste

projeto quanto a sua resistência estrutural por meio de elementos finitos, onde serão

apresentados os resultados, conclusões além de propor medidas de segurança a fim de

garantir a integridade estrutural do dique durante as operações realizadas. No capitulo 7

temos as considerações finais do trabalho.

3

2. Operações de Diques Flutuantes

Há uma série de fatores que influenciam o projeto de um dique flutuante e todos

eles estão associados às operações a serem realizadas. No caso de uma nova construção

no cais de edificação as operações a serem realizadas serão: transferência para a água

(load-out) e colocação em flutuação da embarcação (float-off).

Esta operações são tratadas a seguir.

2.1.Transferência da embarcação (Load-out)

Esta operação consiste na transferência da estrutura oceânica, construída em terreno

horizontal, próximo ao cais, para a embarcação de transporte, cuja função é levar a

estrutura até um local com profundidade suficiente para realizar a colocação em

flutuação da mesma.

Na operação, o dique está flutuando junto ao cais, onde é devidamente fundeado e

amarrado a fim de manter sua posição, impedindo os movimentos de translação e

permitindo assim somente a variação de trim e do calado.

O processo então se inicia com um sistema que transfere a embarcação para o

dique.

A operação é lenta e o problema maior reside na estabilização do dique flutuante,

que deve ser mantido, tanto quanto possível, na posição, sem trim e devidamente

nivelado com o cais durante toda a operação. Além disso, o empuxo fornecido pelo

dique deve ser constantemente igual, ou ligeiramente superior, à soma de todas as

cargas que atuam sobre ele. Assim, procura-se atingir tal condição através de

transferência de lastro de seus tanques, à medida que o navio vai sendo embarcado e que

a maré vai variando. A maré possui grande efeito perturbador nas operações de load-

out, no entanto, para contornar este fato basta que se tenha um bom controle do sistema

de bombeamento de lastro do dique.

Na prática, todos estes parâmetros são mantidos dentro de tolerâncias aceitáveis.

4

Figura 2-1 - Ilustração da Operação de transferencia da embarcação

Algumas das restrições para a transferência da embarcação estão indicadas a seguir:

O dique em questão só poderá realizar tal operação com embarcações

compatíveis com sua capacidade máxima de carga e suas dimensões.

Deve-se estabelecer um esquema de bombeamento de lastro que permita manter

as condições prescritas acima, no que diz respeito à neutralização da maré, o

afundamento pelo embarque e momentos, longitudinais e transversais,

provocados pela movimentação de carga no convés do dique, além das

condições ambientais.

Deve-se ainda estabelecer uma condição de lastro inicial que permita atender ao

esquema de bombeamento, permitindo:

- iniciar o embarque no início da ascendência da curva de maré;

- concluir o embarque bem antes da estofa1 da preamar;

- se possível, em caso de não se poder completar o embarque no tramo

ascendente da curva de maré, manter o dique nas condições prescritas nos

princípios, durante a descida da maré, até a baixa-mar subseqüente e recomeçar

o embarque no ciclo de maré subseqüente.

OBS.: Este último requisito pode ser dispensável desde que seja previsto um

Sistema de Recuperação (Retrieval System) da estrutura, caso em que o lastro deverá

1 Período em que o nível do mar fica estacionário, sem oscilação de maré, e que ocorre na preamar (estofa

de enchente) e na baixa-mar (estofa de vazante).

5

ser suficiente para manter o dique em condições durante parte do tramo descendente da

curva de maré, promovendo um intervalo de tempo suficiente para remoção da

estrutura.

2.2.Colocação em flutuação (Float-off)

A operação de colocação em flutuação da embarcação seja esta nova construção ou

em reparo, consiste no desembarque da estrutura oceânica, que se encontra sobre o

dique.

O procedimento para a colocação em flutuação do dique, após o posicionamento

em local adequado, ele é gradativamente submergido por meio de seu lastreamento, até

que a estrutura transportada obtenha flutuação própria. E então os rebocadores auxiliam

no posicionamento da embarcação.

Figura 2-2 - Ilustração da Operação de Float-Off

Uma das grandes preocupações nesta operação é a de não ultrapassar o calado

máximo do dique, estipulado e requerido por regra. Além disso, entretanto, o dique

necessita afundar o suficiente a fim de que o mesmo se desconecte completamente da

embarcação transportada, ou seja, este calado máximo deve ser superior à distância do

fundo do dique ao topo dos picadeiros acrescido do calado desta embarcação.

6

3. Considerações sobre o projeto do dique flutuante

Ao projetar-se um dique flutuante existem alguns fatores críticos em cada operação

que acabam influenciando nas decisões a serem tomadas. Para a sustentação e

resistência estrutural do dique, por exemplo, este fator é a capacidade máxima de

içamento. Já na operação de load-out, a grande preocupação seria em garantir a

integridade estrutural do navio, logo o nivelamento do dique com o cais. Por fim, nas

operações de Flo-Flo, tem-se que atentar para a imersão máxima permissível do dique,

que garanta sua estabilidade mesmo na condição de lastreamento máximo. O estudo

destes fatores foi realizado nos itens a seguir.

3.1.Embarcações a serem transportadas

A principal especificação de projeto do dique flutuante é sua capacidade de levante,

que será de 2000 toneladas. Então, para que ele possa gerar flutuabilidade para

embarcações com deslocamento de docagem equivalente a esta capacidade, o dique

deve ter suas dimensões correspondentes às dimensões destas embarcações.

Tendo em vista que o estaleiro projetou o dique visando, a princípio, efetuar as

operações de load-out das embarcações de pequeno e médio porte que constam em sua

carteira de encomendas, tem-se como referências as dimensões dos navios de apoio

marítimo encomendados, cujo peso pode ser suportado pelo dique.

3.2.Restrições do Cais de desembarque.

É de suma importância levar em consideração a segurança do navio ao ser

transferido, sem que dano algum venha a comprometer sua estrutura. Entretanto, existe

grande possibilidade de que, na região de transição do cais para o dique, sejam criadas

condições para o aparecimento de forte reação de apoio que pode levar ao

comprometimento da estrutura do navio. Para que isto não ocorra, como mencionado no

capítulo 2, Operações de Diques Flutuantes, é necessário ter um bom controle do

sistema de lastreamento, a fim de contornar os efeitos do embarque do navio e das

variações de maré, garantindo assim o nivelamento do dique com o cais. Logo, deve-se

conhecer a altura do cais e as previsões das preia-mares e baixa-mares no local de

7

operação, bem como suas implicações no projeto da embarcação de transporte em

questão.

3.2.1. Altura do cais

Uma característica importante a ser considerada tanto para a definição do pontal do

dique quanto para a obtenção de sua condição de lastro inicial, necessária à operação de

load-out, é a distância entre a linha d’água em maré zero e a altura do cais.

Figura 3-1 - Ilustração dique flutuante na maré Zero.

3.2.2. Efeito de maré no Load-Out

Novamente, como mencionado no capítulo 2, para dar início ao load-out é

necessário que o dique se encontre numa condição inicial de lastro. O lastro referente é

então reajustado ao longo da operação a fim de contornar os efeitos de maré e do

próprio peso da embarcação a ser transferida.

Para o dimensionamento do pontal, deve-se levar em consideração então que o

dique, com a condição de lastro inicial, possui uma distância da linha d’água ao seu

convés, à maré zero, igual ou ligeiramente superior à altura do cais. Para garantir que,

ao embarcar o navio, o dique será capaz de fornecer flutuação suficiente para manter o

nivelamento com o cais, substituindo a porção do lastro equivalente ao peso acrescido

no dique pela porção do navio que agora se encontra sobre ele. E ainda, como

mencionado, a operação é preferivelmente realizada na maré crescente, assim, à medida

que a maré vai variando, o dique é então lastrado a fim de manter o nivelamento.

8

Figura 3-2 - Detalhe do perfil na operação de load out

3.3. Imersão máxima nas Operações de float off

Para o projeto das colunas de estabilização (wing-walls), que fornecem

flutuabilidade ao dique quando em condição máxima de lastreamento para as operações

de Flo-Flo, tem-se que ter em mente, na hora de dimensionar sua largura e

comprimento, que é necessário fornecer uma área de flutuação suficiente para garantir a

estabilidade dele e uma altura que garanta o atendimento ao requisito da Sociedade

Classificadora quanto à borda livre mínima, novamente, para sua estabilidade,

consequentemente definindo uma imersão máxima nesta condição de carregamento.

Além disso, deve-se garantir que esta imersão máxima garanta, no mínimo, um calado

equivalente a soma do pontal acrescido da altura dos picadeiros e do calado referente ao

deslocamento de docagem das embarcações.

3.4.Método de transferência

O método de transferência nada mais é que a forma como a embarcação é

transferida do cais ao dique, na operação de load-out,

9

No que diz respeito à consideração destes fatores no projeto do dique é válido

salientar que eles possuem a função, dentro da mecânica estrutural das operações, de

receber as reações de apoio, limitando, à extensão de seus comprimentos, a localização

de tais reações. Sendo assim, para a análise da resistência estrutural tem-se que a

distribuição do peso das embarcações elevadas pelo dique possui natureza concentrada,

e não distribuída, no contexto da análise pela teoria da viga-navio.

Para fazer desembarque de estruturas oceânicas através do load-out tem-se 4

possíveis métodos. São estes: elevação e transporte por meio de Strand Jack; apoio em

roletes e transporte por meio de guinchos; elevação e transporte por meio de sapatas

hidráulicas; ou ainda por meio de plataformas hidráulicas [5]. Meios de transferência:

Walking Beam

Modular Transport

Rail Transfer System

Skidding System

Figura 3.5 – Sistemas de transferência para load out

10

4. Considerações sobre a conversão realizada

Para o projeto do dique, como em um projeto de embarcações de modo geral, foi

necessário atender a regras específicas de dimensionamento e critérios para o equilíbrio,

estabilidade e resistência estrutural, requeridas pela Sociedade Classificadora escolhida.

A proposta era aproveitar ao máximo possível os blocos do navio existente e as

premissas consideradas para a utilização dos blocos foram:

_O posicionamento de cada bloco foi definido um melhor aproveitamento dos mesmos,

priorizando os blocos de fundo, que são mais resistentes,

-A dimensão longitudinal do dique devem fornecer uma área de convés que, comporte

navios de até 2000 toneladas de capacidade;

- A dimensão transversal deve atender às dimensões de embarcações maiores a serem

transferidas e de fornecer uma área para serviço nas operações de docagem.

-Garantir uma altura das colunas suficiente para atender a borda livre mínima, sendo

esta requerida por regra, e calado máximo que atendesse a imersão máxima necessária,

_O pontal deve garantir que, no ato do embarque, os efeitos de maré bem como os

efeitos do próprio embarque do navio no dique fossem contornados por meio das

operações de lastreamento, garantindo o nivelamento do dique com o cais, a fim de não

comprometer a estrutura do navio. Para cumprir este item foi necessária a inclusão de

um convés principal acima dos blocos do petroleiro.

_Garantir a continuidade estrutural por meio do alinhamento de gigantes e dos reforços

secundários, além de aproveitar os gigantes para confecção de anteparas estanques, para

a divisão dos compartimentos.

Considerando estas premissas o dique projetado tem as seguintes dimensões.

11

Tabela 4.1 Dimensões Principais do dique projetado

Comprimento Total 59,125 m

Comprimento Fundo 59,020 m

Boca Máxima 32,040 m

Boca Moldada 31,480 m

Boca Interna 27,480 m

Pontal 4,000 m

Altura colunas 12,860 m

Largura colunas 2,000 m

Calado Leve 1,100 m

Peso Leve 2000 t (aprox.)

Capacidade Máxima de Levante 2000 t

Capacidade dos tanques de lastro 7946,8 m³

Figura 4.1 – Seção mestra do dique

A utilização dos blocos já construídos foi realizada na seguinte seqüência:

Das seções disponíveis foram utilizados os blocos de fundo e costado para a

construção do dique. Estes blocos formaram o fundo do dique e parte do costado. Na

12

figura 4.2 esta indicada a seção mestra típica com a identificação dos blocos utilizados

que foram os do estão indicados na cor laranja, vermelho azul e rosa.

Estes blocos de painéis reforçados longitudinalmente foram virados, transformando

desta forma a estrutura do fundo do dique em painéis com reforçamento transversal.

(figuras 4.2 a ,4.6)

Figura 4.2 –Os blocos aproveitados do corpo paralelo estão na cor laranja,vermelho

azul e rosa.

13

Figura 4.3 – Blocos costado superior transformado em bloco de fundo

Figura 4.4– Blocos de fundo virado e transformado em bloco de fundo

14

Figura 4.5– Blocos de fundo virado e transformado em bloco de fundo

Figura 4.6– Blocos utilizados para formar o fundo do dique

15

Também foram utilizados alguns blocos intermediários do costado no costado do

dique como mostra a figura 4.7

Figura 4.7 – Total de blocos utilizados na construção do dique.

Ao todo, foram edificados:

a) 6 blocos de costado superior;

b) 12 blocos do costado intermediário;

c) 8 blocos do costado inferior;

d) 10 blocos do fundo lateral;

e) 5 blocos do fundo central.

Como foi indicado anteriormente teve que ser adicionado um convés adicional para

permitir o load-out no píer em questão. Na figura 4.8 podemos ver o dique com os

blocos utilizados do petroleiro e em amarelo os blocos que serão construídos .

16

Figura 4.8 – Dique completo.

17

5. Modelo estrutural

Para confirmar o nível de tensões atuantes na estrutura do dique realizou-se uma

modelação por Elementos Finitos da estrutura do dique flutuante e foram calculadas as

condições de carregamento extremas que esta estrutura vai ser submetida.

A modelação foi realizada no programa de Elementos Finitos Nastran – FEMAP

V10

No projeto de um dique flutuante devemos considerar as condições criticas da

operação da referida embarcação.

Abaixo são mostradas as condições calculadas, a saber:

1.- Condição com o dique flutuante leve

2.- Condição de load out com o dique flutuante e metade da barcaça

3.- Condição final de load out com o dique flutuante e a barcaça completa no convés

4.-Condição de float off inicial (critica) quando o calado 4m fica no convés superior do

dique . (figura 5.1)

5.- A condição de float off que representa a condição mais critica do projeto de um

dique flutuante neste caso esta entre os calados de 6 m como mostra a figura 5.1, nesta

condição a barcaça esta apoiada nos picadeiros e ainda não esta flutuando.

18

Figura 5.1 – Condição critica do Float off

No projeto preliminar foram avaliadas as características de estabilidade da

embarcação considerando principalmente a condição mais critica de um dique flutuante

que é a condição de float-off e definidas as seqüências de lastro que serão utilizadas

para dar equilíbrio à embarcação.

Para avaliar o nível das tensões atuantes na estrutura do dique realizou-se uma

modelação por Elementos Finitos adotando-se condições de carregamento extremas a

que esta estrutura vai ser submetida.

A modelação foi realizada no programa de Elementos Finitos Nastran – FEMAP V10.

Adotou-se um modelo simplificado da estrutura do dique na qual os elementos de

chapa dos painéis reforçados incorporam a rigidez dos reforçadores. Os gigantes

longitudinais e transversais foram modelados por meio de elementos de chapa com

espessuras iguais às da estrutura real. As cargas hidrostáticas, quando presentes, foram

distribuídas ao longo dos painéis reforçados e as cargas decorrentes do peso do navio

transportado, transferidas pelos picadeiros, foram assumidas como distribuídas linearmente

ao longo das almas dos gigantes localizados abaixo dos picadeiros correspondentes. Desta

19

forma, o modelo se propõe a analisar as tensões primárias, secundarias e terciárias. As

tensões quaternárias, atuantes nas chapas individuais entre os reforçadores secundários, não

são detectáveis com este modelo, mas podem ser facilmente verificadas por meio de

fórmulas analíticas ou através das fórmulas de regra.

5.1.Características do modelo

O modelo realizado tem como características de material as indicadas na tabela 5.1.

Tabela 5.1 - Propriedades Mecânicas do Aço doce

Módulo de Elasticidade E 206000 N/mm²

Coeficiente de Poisson Nu 0,3

Massa Específica (densidade) ρ 7,850x10-6 kg/mm³

Tensão de Escoamento σesc 235 MPa

A malha foi gerada considerando a premissa de ter elementos com a melhor razão de

aspecto além de considerar o fato de que o dique é composto por blocos de localizações

originalmente distintas e que por isso possuem dimensões diferentes.

O refinamento realizado permitiu elementos de no máximo 500x 500 mm.

A malha obtida pode ser observada a seguir.

As espessuras foram todas consideradas como mostra a figura 5.2

20

Figura 5.2 Malha modelação

Figura 5.3 Elementos do fundo

21

Figura 5.4 Gigantes Transversais

Figura 5.5 Elementos do costado

22

5.2.Condições de Contorno

Baseado nas hipóteses físicas adotadas para a análise, foi imposta a condição de

contorno pontual em um nó arbitrário unicamente para garantir o funcionamento da

modelação e simular a condição de auto-equilíbrio do dique.

5.3.Cargas a serem consideradas

As cargas a serem consideradas vão depender do tipo de carregamento a ser

estudado.

Então para a primeira condição:

5.3.1. Peso do dique

O peso do dique foi fornecido pelo estaleiro. Tendo-se em vista que a malha

modelada não contempla os elementos secundários, realizou-se uma calibração do peso

dividindo o valor fornecido pelo volume dos elementos modelados, fornecido pelo

próprio programa, achando assim sua densidade. Com isso, aplicou-se a aceleração da

gravidade na massa gerada obtendo um peso de 18.787.820 N.

5.3.2. Embarcação que vai colocada em flutuação

Como mencionado anteriormente, o dique flutuante terá capacidade para gerar

flutuabilidade para embarcações de até 2000 toneladas de deslocamento de docagem.

Assim, segundo a carteira de encomendas do estaleiro, as embarcações que poderiam

efetuar o load-out por meio do dique são os Navios-Patrulha e ORSV’s 1300 tons.

Abaixo se encontram as características principais da embarcação modelo, a qual

será utilizada para fins de análise estrutural e foi escolhida devido ao fato de ser a que

solicita o dique de maneira mais crítica.

Tabela 5 1 – Embarcação Modelo 1

Tipo L

(m)

Lpp

(m)

B

(m)

D

(m)

T

(m)

DWT

(t)

ORSV 64,05 61,61 15,60 6,00 5,00 1300

23

Figura 5.5 – ORSV

O diagrama de peso leve da embarcação esta indicado na figura

Figura 5.6 – Distribuição do peso leve do ORSV

Para considerar o peso foi utilizado o caso extremo de todo o peso aplicado no

picadeiro central. Este carregamento se encontra ilustrado na Figura 5.7 pelos vetores

em verde.

Como o navio possui extensão maior que o dique aplicou-se o peso da porção

excedente como uma força concentrada no primeiro encontro entre hastilhas e

longarinas dos extremos. Este foi também representado na Figura 5.7 pelas vetores em

laranja.

24

Figura 5.7- Distribuição do peso da embarcação completa no dique

Figura 5.8- Distribuição do peso de meia embarcação no dique

Podemos considerar que transversalmente os picadeiros podem ficar distribuídos de

duas formas críticas, com carregamento onde 100% do navio esta apoiado na quilha do

dique ou com carregamento com 50% do peso do navio sobre a quilha e 50% em

picadeiros nos bordos.

O momento fletor positivo transversal máximo ocorre quando a água do exterior se

encontra sobre os blocos de quilha. Neste caso, o navio se encontra 100% sobre o dique,

enquanto o casco e a seção submergida das colunas estabilizadoras promovem a

elevação. A seção submergida das colunas promovem uma flutuação adicional mais

25

distante da linha de centro do dique, o que aumenta o momento fletor. Para esse caso,

assumi-se que 100% do peso do navio agem sobre os blocos de quilha, na direção do

plano diametral.

Figura 5-1 - Carregamentos no dique com o navio 100% no centro

5.3.3. Pressão Hidrostática

A pressão hidrostática, aplicada no fundo, foi obtida por meio do equilíbrio das

forças verticais aplicadas no dique. Sendo este de valor equivalente ao somatório dos

pesos, que dependendo da condição de carregamento poderia conter, o peso próprio do

dique, o peso correspondente a metade do navio sobre o convés do dique, o peso do

navio inteiro e o peso de lastro.

Os valores obtidos para cada condição de carregamento pode ser observado a

seguir.

Condição 1 - Peso Leve, Lastro.

Empuxo = 20.871.020 N

Condição 2 - Peso Leve, Metade do navio, Lastro.

Empuxo = 42.191.664 N

Condição 3 - Peso Leve, Navio Inteiro, Lastro.

26

Empuxo = 37.981.380 N


Empuxo = 75.899.584 N


Empuxo = 78.746.368 N

5.3.4. Carregamento de lastro

O lastro considerado para cada condição de carga foi definido pelo cálculo da

estabilidade da embarcação. Este foi aplicado por meio da pressão da coluna de água no

fundo, visto que os compartimentos que se encontram nas colunas de estabilização e no

convés são solidários ao compartimento de fundo, compondo assim os tanques laterais.

O mesmo aconteceu nos tanques centrais, sendo compostos pelo compartimento de

fundo e de convés.

0-19 %

20-39 %

40-59 %

60-79 %

80-99 %

100 %

Condição nº 1: Dique Peso Leve

Peso leve = 1915,2 MT / Dwt = 212,38 MT / Desloc. = 2127,58 MT / T = 1,098 m

6 5 4 3 2 1BB

27

Tanque Spgr Load (%) Peso (MT) LCG (m) TCG (m) VCG(m)

3 BB 1.025 19.36% 104.86 37.895f 11.875p 0.581

3 BE 1.025 17.93% 107.52 37.896f 10.539s 0.451

Condição n° 2: Load-out do dique, carregado com meio Navio

Peso leve = 1915,2 MT / Dwt = 2359,39 MT / Desloc. = 4274,59 MT / T = 2,209 m

6 5 4 3 2 1BB


2 BB 1.025 27.38% 138.02 48.303f 11.875p 0.822

2 BE 1.025 24.46% 136.53 48.303f 10.540s 0.615

3 BB 1.025 97.39% 527.43 37.895f 11.847p 3.104

3 BE 1.025 96.40% 578.12 37.895f 11.261s 2.815

Condição n° 3: Load-out do dique, carregado com Navio inteiro

Peso leve = 1915,2 MT / Dwt = 1958,61 MT / Desloc. = 3873,81 MT / T = 2 m

6 5 4 3 2 1BB

28


3 BB 1.025 19.36% 104.86 37.895f 11.875p 0.581

3 BE 1.025 17.93% 107.52 37.896f 10.539s 0.451

Condição n° 4: Float-off do dique com calado no convés principal


6 5 4 3 2 1BB


1 C 1.025 100.00% 232.95 56.170f 0.000 2.000

2 BB 1.025 85.28% 429.93 48.303f 11.436p 2.443

2 C 1.025 100.00% 410.11 48.303f 0.000 2.000

3 BB 1.025 90.64% 490.90 37.895f 11.631p 2.708

3 BE 1.025 72.91% 437.22 37.895f 10.476s 1.843

3 C 1.025 95.18% 419.32 37.895f 0.000 1.904

4 C 1.025 34.83% 170.83 24.675f 0.000 0.775

5 BE 1.025 19.49% 95.89 14.388f 11.875s 0.585

5 C 1.025 100.00% 400.31 14.388f 0.000 2.000

6 BB 1.025 14.96% 78.97 4.745f 10.540p 0.376

6 BE 1.025 100.00% 476.78 4.745f 11.922s 3.273

6 C 1.025 98.17% 380.76 4.745f 0.000 1.964

29

Condição n° 5: Float-off do dique com calado no fundo do navio


6 5 4 3 2 1BB


1 C 1.025 100.00% 232.95 56.170f 0.000 2.000

2 BB 1.025 93.68% 472.31 48.303f 11.732p 2.879

2 BE 1.025 4.24% 23.65 48.303f 10.540s 0.106

2 C 1.025 100.00% 410.11 48.303f 0.000 2.000

3 BB 1.025 100.00% 541.59 37.895f 11.922p 3.273

3 BE 1.025 93.33% 559.74 37.895f 11.147s 2.629

3 C 1.025 100.00% 440.56 37.895f 0.000 2.000

4 C 1.025 52.37% 256.82 24.849f 0.000 1.161

5 BE 1.025 38.40% 188.94 14.388f 11.680s 1.148

5 C 1.025 100.00% 400.31 14.388f 0.000 2.000

6 BB 1.025 31.13% 164.37 4.745f 10.540p 0.783

6 BE 1.025 89.93% 428.77 4.745f 11.607s 2.670

6 C 1.025 100.00% 387.84 4.745f 0.000 2.000

30

6. RESULTADOS

Os resultados obtidos para as diversas condições estão listados abaixo, em MPa.

Condição nº 1: Dique Peso Leve

Como esperado, as tensões nesta condição foram bem pequenas devido ao fato de

os esforços aplicados serem unicamente originados do próprio peso do dique, uma

pequena quantidade de lastro em dois tanques laterais à vante, devido ao trim natural da

estrutura do dique, e o empuxo.

Figura 6-1-Vista da Distribuição de tensões

Figura 6-2 - Vista da distribuição das tensões no chapeamento do fundo

31

Com as ilustrações acima é possível observar que praticamente toda a região

superior do dique se encontra em rosa e azul que são as mínimas tensões obtidas.

A tensão máxima foi de 3,296 MPa.

Condição n° 2: Load-out com o dique flutuante e metade do navio sobre o convés

Nesta condição foi possível observar um salto na tensão, porém sendo ainda bem

menor que a tensão de escoamento. Leva-se ainda em consideração que aqui os esforços

originam-se do peso próprio do dique, lastro para a correção do trim natural e para a

correção do trim gerado pelo peso da metade à vante do navio, que agora se encontra

sobre o convés à ré do dique.

Figura 6-3 - Vista da Distribuição de tensões

32


A região de maior tensão se encontra nos tanques lastrados nas laterais a vante,

tendo em vista que estes foram ocupados até as colunas, aumentando a pressão da

coluna de água sobre o chapeamento do fundo nesta região, novamente representado em

vermelho na figura acima.


Condição n° 3: Load-out com dique flutuante e navio inteiro sobre o convés

Nesta condição observa-se novamente um bem menor que a tensão de escoamento,

porém maior que da condição anterior, tendo em vista que agora o carregamento foi

composto pelo peso do dique, lastro para a correção do trim natural e peso do navio ao

longo da longarina central.

33



A região de maior tensão se encontra na intercessão da primeira hastilha com a

longarina central à ré, devido ao fato de está comporta, além da carga distribuída do

navio correspondente a está região, a carga da porção que se encontra fora do dique.


Foram testados mais duas distribuições de picadeiros. Uma com 50% do peso do

navio na longarina central e 50% dividido entre as laterais, e com 70% do peso na

longarina central e 30% dividido entre as laterais.

34

De acordo com a análise feita foi possível observar que as tensões máximas foram

inferiores a primeira hipóteses levantada, ou seja, com 100% na longarina central.

Sendo assim, para as próximas etapas seguiu-se com esta distribuição.

A distribuição das tensões no caso com 30% - 70% pode ser observada a seguir.



35

A distribuição das tensões no caso com 50% - 50% pode ser observada a seguir.



36

Condição n° 4: Float-off inicial do dique flutuante, com calado no convés, de 4 m

Nesta condição foi importado uma grande quantidade de lastro a fim de iniciar o

afundamento do dique. Este foi bem distribuído pelos tanques devido a esta quantidade

o que contribuiu para não haver tensões mais elevadas em regiões específicas. A

máxima tensão, portanto, se encontra ainda na região da carga concentrada, sendo de

48,94 MPa.



37

Condição n° 5: Float-off do dique flutuante com calado no fundo do navio, de 6 m

A última condição analisada foi a que considera o peso próprio do dique, devidos

lastros e navio, além da água sobre o convés principal, abaixo do navio. Como dito

anteriormente este causa uma tensão maior na região central, devido ao empuxo

adicional nas laterais e a concentração do peso no centro. Sendo a tensão máxima de

49,57MPa.



38

7. CONCLUSÕES

A análise aqui realizada permite que na fase inicial de projeto se identifique a

distribuição de tensões máximas de Von Mises atuantes em uma embarcação validando

ou não a estrutura gerada. No caso do dique aqui tratado possibilitou-se ratificar sua

viabilidade estrutural, tendo em vista que os esforços não forneceram tensões primárias,

secundárias e terciárias acima do limite admissível e ainda considerando as condições

de carregamento mais críticas.

O resultado obtido já era esperado devido ao fato de a estrutura ser

superdimensionada, primeiramente, pois os blocos que a compõe foram projetados para

suporta os carregamentos de um navio petroleiro, segundo que esta foi ainda mais

enrijecida com o acréscimo de um convés acima dos blocos de fundo, a fim de viabilizar

a operação de load-out.

Este resultado pode ser mais acurado com a modelação também dos reforçadores

secundários. Porém, não desvalida a análise aqui feita, tendo-se em vista que as tensões

são distribuídos principalmente ao longo dos elementos gigantes, os quais constam na

modelação aqui realizada, além de ter-se considerado a influência dos reforços

secundários na rigidez das chapas, que os continham.

O estudo realizado permitiu ainda um maior entendimento das operações de um

dique flutuante, bem como as considerações pertinentes na hora de se projetá-lo e

avaliar tal projeto.

39

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Acessado em outubro de 2013:

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquiv

os/conhecimento/livro60anos_perspectivas_setoriais/Setorial60anos_VOL1Constru

caoNaval.pdf


http://www.slideshare.net/vfalcao/rima-promar-211110

[3] Lessa, A. C. O., Load-out de Planta de Processo para plataformas tipo Monocoluna,

Projeto de Graduação, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de Tecnologia,

Departamento de Engenharia Naval e Oceânica, Rio de Janeiro, RJ.


http://dicionario.co/estofa

[5] Apostila Integração Casco-Equipamento Desembarque, da professora Marta Cacilia

Tapia Reyes, Graduação, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de

Tecnologia, Departamento de Engenharia Naval e Oceânica, Rio de Janeiro, RJ.

[6] HEGER DRY DOCK, INC., Dockmaster Training Manual, Junho de 2005.

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivos/conhecimento/livro60anos_perspectivas_setoriais/Setorial60anos_VOL1ConstrucaoNaval.pdf



http://www.slideshare.net/vfalcao/rima-promar-211110

http://dicionario.co/estofa

conversÃo do corpo paralelo de um petroleiro...

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