amarraÇÃo em cais de embarcaÇÕes de grande...
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AMARRAÇÃO EM CAIS DE EMBARCAÇÕES DE
GRANDE PORTE
Mario Barreiro Mazzoni Buchas
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Naval e Oceânica da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Engenheiro.
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Rio de Janeiro
Março de 2020
i
AMARRAÇÃO EM CAIS DE EMBARCAÇÕES DE
GRANDE PORTE
Mario Barreiro Mazzoni Buchas
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 ENGENHEIRO
NAVAL E OCEÂNICO
Autor:
_________________________________________________
Mario Barreiro Mazzoni Buchas
Orientadora:
_________________________________________________
Profa. Marta Cecília Tapia Reyes
Examinador:
_________________________________________________
Prof. Alexandre Teixeira de Pinho Alho
Examinador:
_________________________________________________
Prof. José Márcio do Amaral Vasconcellos
Examinador:
_________________________________________________
Eng. Isaias Quaresma Masetti
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
Março de 2020
ii
Buchas, Mario Barreiro Mazzoni
Amarração em cais de embarcações de grande porte / Mario Barreiro
Mazzoni Buchas - Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2020.
X, p. 62:Il.; 29,7 cm
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Projeto de Graduação - UFRJ / Escola Politécnica /
Curso de Engenharia Naval e Oceânica, 2020.
Referências Bibliográficas: p. 62
I. Reyes, Marta. II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e
Oceânica. III. Amarração em cais de embarcações de grande
porte.
iii
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Escola Politécnica – Departamento de Engenharia Naval e Oceânica
Centro de Tecnologia, bloco C, sala C-205, Cidade Universitária
Rio de Janeiro – RJ CEP 21949-900
Este exemplar é de propriedade da Universidade Federal do Rio de Janeiro, que
poderá incluí-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar
qualquer forma de arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre
bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou
venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem
finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do autor.
iv
Dedico este trabalho a Deus, à minha
família e, em especial, à minha avó
Juana Pastoriza Lois, que certamente
observa, fisicamente longe, mas
espiritualmente perto, seus netos
alcançando os objetivos tão esperados e
aguardados.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus e à minha família por toda a força e base dadas ao longo de
minha formação, pela compreensão nos momentos de ausência durante a graduação e pelo
apoio dado em todas as etapas da minha vida.
Agradeço à minha mãe, Vera, e ao meu pai, Sergio, por todos os ensinamentos e
pela brilhante criação. Pelo companheirismo, tutela, amor e dedicações importantes a
qualquer ser humano. Agradeço às minhas irmãs Bruna e Paula pela presença e amizade
durante todas as etapas de minha vida.
Agradeço à minha namorada Camila pelo amor e amizade partilhados ao longo de
todos os últimos cinco anos, pelos sonhos compartilhados e por todas as felicidades
vividas durante os últimos tempos.
Agradeço à minha avó Chiara e à minha finada avó Juana, que de longe se orgulha
em saber que o momento tão esperado – e tão indagado – chegou.
Agradeço aos amigos feitos durante o curso de Engenharia Naval, do segundo
semestre de 2014 e todos com os que tive contato. Agradeço aos servidores e funcionários
não só ligados à Engenharia Naval e Oceânica, mas à UFRJ como um todo. A
universidade é feita por todos vocês, e certamente sem vocês não seria centro de
excelência reconhecido, como o é.
Agradeço à Proper Marine pela incrível oportunidade de estágio e aprendizado
profissional dada a mim a partir de 2019. Com vocês, o aprendizado é contínuo e diário,
e juntos fazemos coisas incríveis. Muito obrigado por todas as oportunidades.
Agradeço ao corpo docente da Engenharia Naval e Oceânica pelos ensinamentos
prestados ao longo dos últimos quase seis anos e pela construção das bases necessárias
para a minha formação como engenheiro. Agradeço, em especial, à professora Marta, pela
orientação e pela extrema prestatividade e disponibilidade para desenvolvimento deste
trabalho.
Agradeço, por fim, à Universidade e ao contribuinte Brasileiro, pela oportunidade
de formação como Engenheiro Naval e Oceânico. Espero retribuir através da contribuição
para a indústria naval e ciência brasileiras, sempre em prol daqueles responsáveis pela
existência e excelência da universidade pública.
vi
RESUMO
A recuperação esperada para os mercados offshore e naval do Brasil traz, consigo,
grande expectativa quanto à retomada da atividade naval nos estaleiros do país, seja em
termos de contratos para comissionamento de embarcações do tipo FPSO ou para
alocação temporária de plataformas do tipo sonda que necessitem realizar manutenções
programadas ou aguardar pela assinatura de contratos com empresas responsáveis pela
exploração de petróleo nos campos das bacias de Campos e de Santos.
Parte importante dos fatores que tornam possível a atracação e amarração de
embarcações de grande porte em estaleiros e portos Brasileiros são os componentes
envolvidos nas manobras de atracação, como os cabeços, defensas do cais e amarras
utilizadas nas amarrações de embarcações de grande porte, bem como rebocadores
portuários utilizados nas manobras de atracação e desatracação de embarcações de grande
porte em cais. É importante que todos os fatores ligados às operações de atracação e
desatracação e nos cálculos de amarração, tanto operacionais quanto técnicos, sejam
conhecidos e estudados de forma a garantir que os equipamentos do cais e as operações
planejadas estejam de acordo com padrões internacionais de projeto, evitando acidentes
e garantindo operações seguras ao longo de toda a estadia destas embarcações nas
dependências dos estaleiros, resguardando os interesses dos estaleiros e dos armadores
das embarcações.
O presente estudo visa apresentar guia prático de amarração de embarcações de
grande porte em estaleiros, através do estudo das operações necessárias para atracação e
desatracação de embarcações de grande porte do tipo FPSO, bem como utilização de
método de estimativa capacidades de amarras de arranjo de amarração simples proposto
para dimensionamento dos equipamentos de atracação do estaleiro, como cabeços,
defensas e amarras.
Palavras-Chave: Atracação, Desatracação, Amarração, Operação, Cais, FPSO, Tensões
em linhas de atracação, Cabeços, Amarras, Defensas.
vii
ABSTRACT
The expected recovery of the Brazilian naval and offshore industries bring great
expectations regarding the activities on Brazilian shipyards, wether when it comes to
contracts for the comissioning of FPSO vessels, wether for temporary accommodation of
Mobile Offshore Drilling Units (MODUs) for routine surveys or for stand-by waiting for
new contracts with oil companies responsible for the exploration of offshore field located
in Campos or Santos basins.
An important part of the factors that make possible the mooring of big ships on
Brazilian Shipyards are the mooring components of the shipyards facilities, i.e., its
installed bollards, its installed fenders and its available mooring lines, as well as the
possibility of mobilizing harbour tugs and the expertise of the tug’s teams with berthing
and unberthing operations of big ships. It is important that all factors regarding to the
berthing and unberthing movements and procedures, both operational and technical, are
well-known and studied so that the shipyard’s mooring equipments, facilities and human
teams are in accordance with international rules and patterns, avoiding accidents and
ensuring safe operations during all stay of this vessels on shipyard’s facilities, respecting
the interests of both parts, shipyards and shipowners.
This study aims on presenting a practical guide on mooring, berthing and
unberthing of big vessels on shipyards, containing the study of the usual operations
performed on berthing and unberthing procedures of big vessels on sheltered shipyard’s
facilities, as well as utilizing method of estimate of mooring equipment’s capacity given
a proposed mooring arrangement so that the shipyard’s mooring equipments are well
dimensioned in terms of SWL and MBL values of bollards, fenders and mooring lines.
Key words: Mooring, Unberthing, Operation, Quayside, Shipyards, FPSO, Mooring Line
Tensions, Bollards, Mooring Lines, Fenders.
viii
Sumário
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1
2. OPERAÇÕES DE ATRACAÇÃO E DESATRACAÇÃO ................................................... 8
3. PROJETO DE AMARRAÇÃO E SEUS DETALHES ....................................................... 14
3.1. Amarração e arranjos padrão de amarração em cais ........................................ 14
3.2. Principais equipamentos de amarração ............................................................ 16
3.3. Determinação de cargas ambientais em embarcações ..................................... 18
3.3.1. Cargas de Vento ........................................................................................... 20
3.3.2. Cargas de Corrente ....................................................................................... 22
3.3.3. Cargas de Onda ............................................................................................ 23
3.4. Normas para projetos de amarração ................................................................. 25
3.5. Método para estimativa de tensões atuantes nos equipamentos de amarração 32
4. METODOLOGIA ............................................................................................................... 42
4.1 Arranjo de amarração proposto ........................................................................ 48
4.2 Estimativa de Área Vélica ............................................................................... 50
4.3 Determinação de Cargas Ambientais ............................................................... 51
4.4 Estimativa de capacidades dos cabeços e linhas de amarração ....................... 55
4.5 Estimativa de cargas sobre as defensas ............................................................ 58
5 CONCLUSÕES ................................................................................................................... 61
6 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 62
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1-1 – Sonda NORBE VI amarrada na Bahia, ref. (3). .......................................... 4
Figura 1-2 – Estaleiro Brasfels, no Rio de Janeiro (RJ). .................................................. 5
Figura 2-1 – P-66 deixa Estaleiro Brasfels rumo ao campo de Lula, ref. (7). .................. 8
Figura 2-2 – Manobra de afastamento da embarcação do cais ....................................... 11
Figura 2-3 – Operação de giro da embarcação para aproximação com o outro bordo ... 12
Figura 2-4 – Arranjo de operação para amarração da embarcação ao cais de atracação 13
Figura 3-1 – Arranjo de amarração típico ...................................................................... 15
Figura 3-2 – Embarcações militares em arranjo de amarração mediterrâneo. ............... 16
Figura 3-3 – Principais equipamentos de amarração da embarcação. ............................ 17
Figura 3-4 – Cais de atracação ....................................................................................... 18
Figura 3-5 – Exemplo de seção de documento de dados meteoceanográficos. .............. 20
Figura 3-6 - Coeficientes de arrasto de corrente longitudinal em navio-tanque (14). .... 23
Figura 3-7 - Operação Ship-to-ship no porto de Cabedelo (PB). ................................... 27
Figura 3-8 – Diferentes condições de carregamento durante amarração (19). ............... 33
Figura 3-9 – Arranjo padrão de amarração (19). ............................................................ 34
Figura 3-10 – Carga atuante na linha lançante de proa da embarcação (19). ................. 34
Figura 3-11 – Choque com atrito tangencial (19)........................................................... 35
Figura 3-12 – Parâmetros geométricos para arranjos de amarração (18) ....................... 37
Figura 3-13 – Ângulo vertical linha de amarração – cabeço (18) .................................. 37
Figura 3-14 – Arranjo de amarração exemplificado (18) ............................................... 38
Figura 3-15 – Tabela utilizada para compilação de dados de arranjo de amarração (18)
........................................................................................................................................ 41
Figura 4-1 – Sequência de ações proposta...................................................................... 46
Figura 4-2 – Arranjo de amarração proposto.................................................................. 49
Figura 4-3 - Arranjo geral de FPSO utilizado para estimativa de áreas vélicas ............. 50
Figura 4-4 - Velocidade média de vento medida para região da Baía de Guanabara. .... 52
Figura 4-5 - Rosa dos ventos atuantes na região da Baía de Guanabara. ....................... 53
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1-1 – Sondas e plataformas no Brasil, ref. (1). ..................................................... 2
Tabela 1-2 – Plataformas Semi-Sub de perfuração no Brasil em 2018, ref. (1). .............. 3
Tabela 2-1 – Correspondência entre TPB e número de rebocadores/força de tração estática
para operações de atracação e desatracação, ref. (9) ...................................................... 10
Tabela 3-1 – Coeficientes de forma Cs (11). .................................................................. 22
Tabela 3-2 - Coeficientes de altura Ch (11). .................................................................. 22
Tabela 3-3 – Coeficientes de reflexão para cálculo de forças de onda (12) ................... 25
Tabela 3-4 – Períodos de retorno a serem adotados para projetos de amarração - (17). 28
Tabela 3-5 – Tipos de análises indicados por natureza de projeto - (17) ....................... 30
Tabela 3-6 - Métodos de análise recomendados - (17). .................................................. 31
Tabela 3-7 - Limites de tensão e fatores de segurança das linhas de amarração - (17). . 31
Tabela 3-8 – Valores típicos de coeficiente de redução c (19). ...................................... 36
Tabela 4-1 – Dados de entrada e de saída utilizados na metodologia ............................ 45
Tabela 4-2 – Dimensões principais da embarcação........................................................ 48
Tabela 4-3 – Áreas vélicas transversais estimadas ......................................................... 51
Tabela 4-4 – Áreas vélicas longitudinais estimadas ....................................................... 51
Tabela 4-5 – Carga de vento transversal atuante na embarcação ................................... 54
Tabela 4-6 - Carga de vento longitudinal atuante na embarcação .................................. 54
Tabela 4-7 – Cálculos para grupo de linhas de través na popa....................................... 57
Tabela 4-8 - Cálculos para grupo de linhas de través na proa ........................................ 57
Tabela 4-9 - Cálculos para grupo de linhas lançantes de popa ....................................... 57
Tabela 4-10 - Cálculos para grupo de linhas lançantes de proa ..................................... 57
Tabela 4-11 – Valores de MBL requerido para as linhas de amarração ......................... 58
Tabela 4-12 - Velocidades de aproximação para projeto de defensas marítimas ........... 59
1
1. INTRODUÇÃO
Em tempos de “entressafra” entre crise econômica e de emprego no setor de
petróleos e de promissora renovação no mercado de trabalho e em novas oportunidades
de contrato devido a novos leilões de campos nas bacias de Campos e de Santos, é comum
que embarcações de grande porte passem temporadas em stand-by, em busca de contratos
com empresas Brasileiras ou com empresas internacionais que tenham direito de
exploração em campos Brasileiros.
Dados extraídos da referência (1) indicam que, no ano de 2018, um quarto ou 25%
das sondas e plataformas existentes no Brasil estavam paradas ou fora de operação,
aguardando contrato em situação de stand-by. Os dados são fornecidos pela Marinha do
Brasil.
2
Tabela 1-1 – Sondas e plataformas no Brasil (1)
Quando se realiza análise específica das plataformas do tipo semi-sub de
perfuração, os dados levantados são ainda mais taxativos: de um total de 19 (dezenove)
plataformas especificamente do tipo semi-sub de perfuração existentes em águas
Brasileiras no ano de 2018 (dois mil e dezoito), 7 (sete) estavam inativas, aguardando
início de contratos ou novas oportunidades para continuidade de suas ações em águas
Brasileiras.
3
Tabela 1-2 – Plataformas Semi-Sub de perfuração no Brasil em 2018 (1)
Dados extraídos da referência (2), também do ano de 2018 (dois mil e dezoito),
indicam que a frota de sondas operando no Brasil à época retornou aos dados dos anos
1990, diante de poucas iniciativas de novos contratos com plataformas sondas por parte
da PETROBRAS. A matéria traz conteúdo otimista, no entanto, quanto ao surgimento de
contratos e oportunidades de aquecimento do mercado de perfuração no Brasil a partir
dos anos de 2020 em diante, dados os recentes leilões de campos realizados pela Agência
Nacional do Petróleo, ANP. Se, em 2018, de acordo com (1) e com a Tabela 1-2, o número
de sondas em operação no Brasil alcançou 12 (doze) unidades, as expectativas crescentes
para o biênio 2020/2021 e os anos de 2023, 2024 e 2025 são de, respectivamente, um total
de 20 (vinte) para o biênio e de total de 30 (trinta) a 35 (trinta e cinco) sondas em operação
no Brasil.
Dadas estas condições de mercado futuro, é comum que as companhias
afretadoras de plataformas-sonda mantenham seus ativos dentro do Brasil a espera de
novos contratos e, neste meio tempo, utilizem de instalações como estaleiros ou portos
para amarração, realização de pequenas obras e de inspeções obrigatórias por parte de
sociedades classificadoras. A sonda NORBE VI, por exemplo, de propriedade da empresa
OCYAN, foi atracada sem necessidade de remoção de seus thrusters no estaleiro
ENSEADA, localizado na Bahia, e ficou durante 1 (hum) ano na localidade realizando
manutenções de rotina, entre os meses de Agosto de 2018 e Agosto de 2019, quando
deixou o estaleiro para cumprir novo contrato assinado com a PETROBRAS. As
informações de tempo e local de estadia da NORBE VI no Estaleiro ENSEADA foram
obtidas com base nas referências (3) e (4). A Figura 1-1 é extraída da referência (3) e
LOCAL ATIVAS INATIVAS TOTAL
Campos 10 0 10
Santos 2 1 3
Bahia 0 2 2
Porto do Açu (RJ) 0 2 2
Rio de Janeiro (RJ) 0 1 1
Angra dos Reis (RJ) 0 1 1
Total (abs.) 12 7 19
Total (%) 63,2% 36,8% -
Plataformas Semi-Sub de perfuração
4
ilustra a sonda de perfuração NORBE VI durante operação de chegada e atracação no cais
do Estaleiro ENSEADA, na Bahia.
Figura 1-1 – Sonda NORBE VI amarrada na Bahia (3)
Além das oportunidades com plataformas-sonda, oportunidades podem surgir nos
próximos anos dada a grande quantidade de demanda de descomissionamento de
plataformas de petróleo atualmente situadas nas bacias de Campos e de Santos e
necessidade de afretamento e/ou construção de novas unidades por parte da
PETROBRAS ou de empresas atuantes na exploração de petróleo nos campos da região.
Durante campanhas de descomissionamento de unidades de produção de petróleo do tipo
FPSO, por exemplo, podem surgir diversos motivos que tornem necessária a amarração
em estaleiros de grande ou médio porte para realização de pequenos reparos e campanhas
de descomissionamento que viabilizem o transporte das unidades a locais conhecidos pelo
recebimento de embarcações a serem sucateadas, em geral em países da Ásia.
Há atualmente, por exemplo, expectativas quanto a contratos de construção e
eventual integração de módulos de novas unidades FPSO encomendadas pela
PETROBRAS. Atualmente, de acordo com dados extraídos da referência (5), há dois
estaleiros no Brasil com contratos vigentes para obras de plataformas e construções de
módulos de plataformas FPSO: o Estaleiro Jurong Aracruz, no Espírito Santo (ES),
5
responsável pela integração da P-68, e o Estaleiro Brasfels, em Angra dos Reis (RJ),
responsável pela fabricação e integração de skids de recuperação de vapor e do sistema
de flare do FPSO Carioca.
Figura 1-2 – Estaleiro Brasfels, no Rio de Janeiro (RJ)
Ainda de acordo com as referências (5) e (6), há grande expectativa entre os
maiores estaleiros brasileiros para encomendas para os FPSOs dos campos de Búzios V,
Mero 2 e Itaipu. Outros FPSOs com contratações em curso, como os dos campos de
Parque das Baleias e Marlim I e II, embora não possuam em seus contratos cláusulas de
conteúdo local podem representar, segundo informe da PETROBRAS, oportunidades de
contratos para estaleiros Brasileiros: “As plataformas poderão ter parte de sua
construção realizada em estaleiros nacionais, considerando os compromissos
competitivos que viabilizem a produção segundo o cronograma da Petrobras”. Ainda de
acordo com a referência (5), havia no fim de 2018 (dois mil e dezoito) diversos estaleiros
brasileiros de grande e médio porte sem contratos para fornecimento de produtos para
FPSO, entre os quais se destacam os estaleiros Mauá (RJ), Vard Promar (PE), QGI (RS),
Renave (RJ), Brasa (RJ) e Enseada (BA), além de estaleiros atualmente em recuperação
judicial, os estaleiros de Rio Grande (RS) e o EISA (RJ).
6
O presente trabalho possui como objetivos o estudo e apresentação, através de
revisão bibliográfica, dos principais equipamentos envolvidos nas manobras de atracação
de embarcações de grande porte em estaleiros, possuindo como objetivo final a
apresentação de metodologia adaptada e simples de dimensionamento aproximado dos
equipamentos de amarração necessários ao estaleiro, bem como apresentação de métodos
usualmente utilizados para operações de atracação e desatracação de embarcações de
grande porte, como FPSOs e plataformas semissubmersíveis, dos berços de estaleiros.
Para isto, são realizados estudos quanto a naturezas de diferentes arranjos de
amarração, equipamentos típicos utilizados em amarrações tanto por parte de estaleiros
quanto por parte de embarcações, métodos para determinação das cargas ambientais
atuantes em embarcações do tipo FPSO, referências normativas para projeto de arranjos
de amarração de embarcações de grande porte e referências normativas para cálculo de
forças atuantes sobre os principais elementos utilizados em arranjos de amarração.
É importante notar a distinção entre atracação e amarração. Quando se refere a
atracação, trata-se das operações a serem realizadas de atracação e desatracação quando
da aproximação de embarcações de cais de portos ou estaleiros, e de todos os aspectos
operacionais envolvidos. A referência à amarração, por outro lado, é realizada
considerando cálculos de engenharia de amarração e dimensionamento, em especial, das
linhas de amarração existentes em um dado arranjo de amarração, principais fatores na
manutenção de segurança de um arranjo de uma embarcação sobre um cais de porto ou
estaleiro.
O presente trabalho é dividido, então, em um total de quatro seções distintas
destinadas ao entendimento do problema abordado. Na seção 2 são apresentadas
operações marítimas padrões realizadas em estaleiros ou portos com embarcações de
grande porte, envolvendo rebocadores portuários para manobra de embarcações dentro
de regiões abrigadas como forma de alteração da orientação da embarcação no cais, por
exemplo, tratando então das operações de atracação e desatracação. Na seção 3, de
explicação dos passos para um projeto de amarração e seus detalhes, são apresentados os
principais métodos para cálculo de parâmetros envolvidos na metodologia proposta,
como cargas ambientais, bem como são apresentadas normas amplamente utilizadas para
projetos de amarração de embarcações em cais. Na seção 4 é apresentada a metodologia
do projeto, com as premissas adotadas, os cálculos realizados e os resultados obtidos para
a estimativa de capacidades dos principais aparatos de amarração considerados. A seção
7
5, por fim, apresenta a conclusão do trabalho, à luz dos estudos realizados e dos resultados
obtidos.
8
2. OPERAÇÕES DE ATRACAÇÃO E DESATRACAÇÃO
Operações de atracação e desatracação de grandes embarcações em cais podem
ser mais comuns do que se imagina. Além dos procedimentos adotados para as operações
de chegada e partida das embarcações nos cais de estaleiros ou portos, operações podem
e costumam ser realizadas também ao longo do período de amarração de uma embarcação
em uma localidade para inversão do bordo da embarcação ligado ao cais. Isto ocorre, em
grande parte das vezes, durante a estadia de embarcações de grande porte, em especial
embarcações do tipo FPSO, em estaleiros para instalação de módulos e plantas de
processo sobre o convés principal dos FPSOs.
Figura 2-1 – P-66 deixa Estaleiro Brasfels rumo ao campo de Lula (7)
Os aspectos operacionais das operações de atracação e desatracação de
embarcações de grande porte em estaleiros são importantes e acompanhadas de perto,
necessitando de autorização para início e fim, da autoridade marítima competente,
Marinha do Brasil ou Capitania dos Portos, e em geral também de companhia de
engenharia responsável por inspeção de terceira parte, serviço em geral denominado
Marine Warranty Surveyor.
9
As Normas e Procedimentos das Capitanias dos Portos são referências normativas
emitidas pela Marinha do Brasil e pelas Capitanias dos Portos de cada região do país que
descrevem, de forma geral, procedimentos a serem adotados em caso de atracação ou
desatracação de embarcações em portos e terminais específicos. A referência (8), por
exemplo, de Normas e Procedimentos da Capitania dos Portos do Rio de Janeiro, define
diversos requisitos importantes para operações marítimas nos terminais existentes no
estado do Rio de Janeiro. Embora aponte especificidades para diferentes terminais
existentes, há no anexo E da referência (9) tabela relacionando porte bruto (DWT) de
embarcações a receberem manobras de atracação e desatracação e quantidade de
rebocadores, bem como bollard pull (capacidade de tração estática) total somada dos
rebocadores envolvidos na manobra. A Tabela 2-1 ilustra correlação entre DWT da
embarcação a ser atracada/desatracada e quantidade de rebocadores e tração estática
recomendada para o somatório dos rebocadores envolvidos na operação.
10
Tabela 2-1 – Correspondência entre TPB e número de rebocadores/força de tração
estática para operações de atracação e desatracação (9)
Como se pode observar, para embarcações de altos valores de porte bruto, é
comum que sejam utilizados quatro ou mais rebocadores durante as operações de
atracação e desatracação. Em alguns terminais específicos ou locais de maiores
11
incidências de vento, ondas ou correntes, a referência (9) recomenda mobilização de um
ou dois rebocadores escoteiros além dos quatro envolvidos nas manobras de atracação e
desatracação.
As manobras devem ocorrer, ainda de acordo com requerimentos existentes na
referência (9), à luz do dia, em horário combinado e após autorização das autoridades
competentes. Além disso, devem estar presentes o Comandante da embarcação, em geral
encarregado e responsável pela operação, além do prático da região, responsável por
auxiliar o Comandante da embarcação e os comandantes das embarcações rebocadoras
nas manobras a serem realizadas.
Manobras de reposicionamento e troca de bordo de embarcações atracadas em
portos ou estaleiros em geral envolvem em geral quatro embarcações rebocadoras,
responsáveis pela manobra de retirada da embarcação das proximidades do cais, manobra
de giro, reaproximação do cais pelo outro bordo e, por fim, posicionamento da
embarcação próximo ao cais para que possam ser passados os cabos de amarração no
outro bordo da embarcação. As figuras abaixo esquematizam o passo a passo geral de
operações de atracação e desatracação em geral realizadas com FPSOs nas dependências
de estaleiros ou portos para troca do bordo das embarcações colado ao cais.
Figura 2-2 – Manobra de afastamento da embarcação do cais
A manobra de afastamento da embarcação do cais, ilustrada na Figura 2-2, deve
ser realizada após terem sido desconectadas as linhas de amarração da embarcação aos
cabeços do cais. Afastada a embarcação do cais, deve ser iniciada a manobra de giro da
embarcação, ilustrada pela Figura 2-3.
12
Figura 2-3 – Operação de giro da embarcação para aproximação com o outro bordo
A manobra de giro, ilustrada na Figura 2-3, deve ser realizada com extremo
cuidado e, a critério dos responsáveis pela operação e pelas embarcações envolvidas, a
distância segura entre as embarcações e o cais para que não haja riscos de colisões.
Terminada a manobra de giro deve-se, por fim, realizar a manobra de aproximação da
embarcação pelo outro bordo ao cais para que, dessa forma, sejam passados os cabos da
nova amarração da embarcação pelo seu outro bordo. Em geral, essas operações são
realizadas com as embarcações de apoio sendo utilizadas como empurradores,
pressionando a embarcação contra o cais de atracação de modo a permitir que a manobra
de amarração possa ser realizada pela equipe de marinharia responsável sem risco de
acidentes oriundos da movimentação da embarcação no sentido do cais ou no sentido
contrário, ou mesmo para o caso de movimentos laterais da embarcação durante a
operação de atracação, que pode durar horas, se necessário. Em geral, é necessário
também que fiquem posicionadas embarcações de apoio em compasso de espera para
caso seja necessário corrigir a posição da embarcação durante a operação de atracação. O
arranjo ilustrado na figura a seguir, portanto, é comum em operações de atracação e
desatracação em estaleiros ou portos, consistindo da utilização de duas embarcações de
13
apoio para empurrar a embarcação contra o cais de modo a garantir a proximidade da
embarcação dos aparatos de amarração a serem acionados, e em duas embarcações de
apoio localizadas nas extremidades da embarcação atracada (proa e popa) para correção
de eventuais passeios da embarcação durante sua operação de atracação.
Figura 2-4 – Arranjo de operação para amarração da embarcação ao cais de atracação
É importante ressaltar que há inúmeros possíveis arranjos de embarcações
rebocadoras para operações de atracação e desatracação de embarcações de grande porte
em estaleiros ou portos, e as manobras a serem realizadas ficam sempre a cargo do prático
e dos responsáveis pela operação. As embarcações envolvidas devem respeitar aos
requerimentos específicos para cada terminal existente e previsto na referência normativa
(9), bem como respeitar aos critérios de tração estática mínima para o conjunto de
rebocadores e demais critérios existentes nas Normas e Procedimentos da Capitania dos
Portos.
14
3. PROJETO DE AMARRAÇÃO E SEUS DETALHES
A etapa de análise de etapas do projeto de amarração e fatores envolvidos do
presente trabalho é subdividida em segmentos que facilitem a abordagem a ser realizada
posteriormente, de determinação de cargas ambientais e estimativa das capacidades sobre
elementos envolvidos dado arranjo simples de amarração proposto. Sendo assim, a seção
a seguir apresentada é dividida nos seguintes itens de estudo:
➢ Amarração e principais arranjos de amarração de embarcações em cais;
➢ Principais equipamentos utilizados na amarração de embarcações em cais
de estaleiros ou portos;
➢ Principais formulações existentes para determinação de cargas ambientais
atuantes em embarcações, sendo estas as cargas ambientais de vento, de
corrente e de onda;
➢ Referências normativas amplamente utilizadas para projeto de sistemas e
arranjos de amarração de embarcações de grande porte;
➢ Referências normativas para cálculo básico e estimativa de cargas atuantes
sobre os equipamentos envolvidos na amarração de embarcações de
grande porte.
3.1. Amarração e arranjos padrão de amarração em cais
A amarração consiste, basicamente, na utilização de equipamentos adequado para
garantir ligação segura entre uma embarcação a uma estrutura fixa/permanente, que seja
capaz de garantir segurança e manter a posição da embarcação. Há duas principais formas
de amarração de embarcações simples, ou únicas, a cais: o arranjo típico de amarração,
que consiste da aproximação transversal da embarcação ao cais e, dados os equipamentos
da embarcação e do cais, como buzinas, guinchos, cabeços e linhas de amarração, a
conexão realizada através de diversos tipos de linhas para que seja feita a atracação de
forma segura. A segunda forma padrão de amarração é a mediterrânea, que consiste na
aproximação da embarcação de forma perpendicular ao cais, de proa ou de popa, e do
lançamento de âncora na extremidade oposta (contra o sentido do cais), de forma a ocupar
menos espaço do cais. O arranjo típico de amarração é mais comum para o caso de
embarcações de grande porte, enquanto o arranjo de amarração mediterrâneo é utilizado
para o caso de embarcações de pequeno porte, como embarcações recreativas. Os dois
15
principais tipos de arranjos de amarração são rapidamente explicados a seguir, e
informações a seu respeito foram extraídas da referência (10).
Arranjos típicos de amarração de embarcações em cais são projetados
considerando linhas de três principais tipos, em geral chamadas de espias: espringues,
lançantes e linhas de través. Linhas espringues são linhas que atravessam a embarcação
de forma diagonal, isto é, saem da embarcação com popa-proa ou proa-popa. Linhas
lançantes são linhas que saem em geral das extremidades da embarcação e apontam para
fora da embarcação, sendo em geral lançadas proa-proa e popa-popa. Linhas de través,
por fim, são linhas cuja principal função é a de manter a embarcação ligada às defensas
do cais e limitar o seu passeio/offset quando da ocasião de rajadas de vento. A figura
abaixo, retirada de site de náutica, representa arranjo de amarração ilustrativo para
embarcações de recreio, em geral pequenas e de baixa área vélica. Arranjos de amarração
para embarcações maiores, no entanto, seguem os mesmos padrões e possuem em geral
mais linhas para gerar redundância ao sistema de amarração, evitar grandes passeios que
possam ser prejudiciais às estruturas da embarcação ou do cais e que atendam aos critérios
de tensões máximas nas linhas para casos intacto e de checagem de redundância de
sistemas de amarração.
Figura 3-1 – Arranjo de amarração típico
O arranjo de amarração mediterrâneo, por outro lado, em geral utilizado em
marinas como forma de economia de espaço para alocação de mais embarcações ou em
casos de necessidade ou possibilidade de rápida retirada da embarcação do local de
estadia, consiste na aproximação da embarcação perpendicularmente ao cais e
necessidade de ligação de um mínimo de duas linhas de amarração do tipo lançantes, haja
vista a possibilidade de lançamento da âncora de uma das extremidades da embarcação
em sentido oposto ao do cais. O arranjo mediterrâneo, como dito, é utilizado em geral por
16
embarcações de recreio em marinas, mas também pode ser utilizado, embora com maior
complexidade e em geral acompanhados de maior número de linhas de amarração, para
o caso de embarcações militares diante da necessidade de rápida retirada ou da falta de
espaço em determinadas localidades. A Figura 3-2 ilustra situação de embarcações
militares alinhadas em arranjos de amarração do tipo mediterrâneo.
Figura 3-2 – Embarcações militares em arranjo de amarração mediterrâneo
3.2. Principais equipamentos de amarração
Os equipamentos envolvidos na amarração de uma embarcação podem ser
divididos, para fins de maior compreensão, em equipamentos pertencentes à embarcação
e equipamentos pertencentes ao cais. Em geral, a embarcação é dotada de equipamentos
que permitam que as linhas de amarração cheguem de forma segura e eficaz à
embarcação, a elas estejam fixas e, se possível, com margem para operação de aplicação
de tensão ou aliviamento de tensão sobre as linhas de amarração através de guinchos. O
cais, por sua vez, é dotado de sistemas que permitam que sejam amarradas as linhas de
amarração vindas da embarcação, o caso dos cabeços de um cais, e elementos que
absorvam a energia cinética decorrente do avanço de uma embarcação contra o cais e que
ao mesmo tempo mantenha distância segura da embarcação contra o cais. Esta última
função é, em geral, exercida pelas defensas marítimas instaladas em cais de estaleiros e
portos.
17
Figura 3-3 – Principais equipamentos de amarração da embarcação
A Figura 3-3 ilustra basicamente o arranjo de equipamentos de amarração de uma
embarcação, que em geral são distribuídos ao longo de toda a embarcação, desde o seu
convés principal até localidades na extrema proa da embarcação, no castelo de proa. Os
elementos principais de amarração em cada ponto de possível amarração são as buzinas
(fairleads), os cabeços (mooring bitts) e os cabrestantes (pedestal fairleads).
Os cabeços são estruturas existentes também nos cais de estaleiros e portos, e são
estruturas rígidas o suficiente para suportar cargas que em geral, considerando estaleiros
e portos de grande capacidade, variam entre 100 e 200 toneladas de capacidade por
cabeço. As buzinas, dos termos em inglês mooring chocks ou fairleads, são estruturas
existentes em geral nos bordos das embarcações e responsáveis por “admitir” a chegada
das linhas de amarração do cais na embarcação, possuindo geometria tal que consiga
readmitir novo rumo da linha em direção a um cabeço, cabrestante ou a um guincho
existente no convés principal da embarcação. Cabrestantes, por sua vez, são estruturas
singulares semelhantes aos cabeços, que possuem como principal função a possibilidade
de alterar o sentido das linhas de amarração no convés principal e a possibilidade de
tensionar as linhas em direção aos cabeços ou guinchos.
18
Figura 3-4 – Cais de atracação
Já a estrutura de um cais conta, em geral, com cabeços, cuja função principal é
semelhante à dos cabeços existentes em embarcações, e consiste em estruturas fixadas no
cais e aterradas de forma que as permita a absorção de grande quantidade de carga e que
permita a amarração e fixação dos cabos de amarração. Há, ainda, as defensas marítimas,
que consistem em elementos de absorção de energia semelhantes a molas rígidas, e são
responsáveis pelo afastamento e pela manutenção de distância segura entre a embarcação
e a estrutura do cais, bem como são responsáveis também pela absorção da energia
cinética decorrente de movimentos de avanço da embarcação contra o cais, devido a
cargas ambientais incidentes do mar para o continente.
3.3. Determinação de cargas ambientais em embarcações
A determinação das cargas ambientais atuantes sobre uma embarcação é parte
fundamental da análise de desempenho de projetos de amarração de embarcações do tipo
FPSO ou plataformas semissubmersíveis de operação. As principais fontes ou referências
normativas para determinação das formulações existentes e aceitáveis utilizadas para
determinação das cargas ambientais atuantes sobre embarcações são apresentadas pelas
referências (11) em sua norma para classificação de instalações flutuantes de produção
de petróleo, e (12), em seus guias de recomendação para análise de desempenho de
operações marítimas.
Como se pode observar adiante, na seção 3.4 do presente trabalho, as cargas
ambientais relevantes sobre embarcações amarradas em cais ou fundeadas são
19
consideradas as cargas ambientais decorrente da ação dos ventos, de correntes ou da ação
de ondas sobre as estruturas. Estas informações variam de local para local e, dada essa
variação, a referência melhor esmiuçada na seção 3.4 determina regras que definem, dada
uma duração estimada para as operações e estadia de uma embarcação atracada em
determinada localidade, os critérios a serem adotados na análise das cargas ambientais
em termos de período de retorno das incidências ambientais.
A referência (13) define período de retorno de incidências ambientais como sendo
o intervalo médio de tempo em que um dado evento é igualado ou ultrapassado, sendo
também definido, numericamente, como o inverso da probabilidade. Na análise de
projetos de amarração, portanto, utiliza-se documentos de análise e estudo das condições
meteoceanográficas da região em que se pretende amarrar a embarcação e, dadas as
premissas explicitadas em 3.4, determina-se o período de retorno necessário para análise
das condições ambientais para que sejam determinadas as cargas ambientais. Documentos
de registro das condições ambientais de uma região são conhecidos como dados
meteoceanográficos, e trazem consigo, em geral, dados de velocidades de vento,
velocidades de correntes e duplas altura significativa de onda – período de retorno ou
período de pico para diferentes ângulos de incidência em relação à direção Norte real e
para diferentes períodos de retorno. Estas análises são realizadas com base em observação
das condições ambientais de determinada região e, dados espectros razoáveis e baseados
em estudos estatísticos, extrapolação das condições ambientais esperadas para períodos
de retorno de 1 (hum), 10 (dez), 50 (cinquenta) a até 100 (cem) anos. Na ausência de
documentos do tipo, podem ser observados dados de incidências ambientais da região por
outros meios ou são arbitrados valores limites de projeto para as condições ambientais.
20
Figura 3-5 – Exemplo de seção de documento de dados meteoceanográficos
As cargas ambientais, dadas as condições meteoceanográficas da região, podem
ser definidas através das formulações existentes para determinação das cargas de vento,
corrente e onda.
3.3.1. Cargas de Vento
Formulação amplamente utilizada para determinação das cargas de vento sobre
uma embarcação é a formulação apresentada na referência (11), referência normativa da
sociedade classificadora ABS, que consiste na determinação de equações para pressões
de vento sobre unidades produtoras de petróleo, como é o caso de embarcações do tipo
FPSO. A formulação, que possui profundidade superior à tradicional e simplificada
equação de força de vento por arrasto, traz consigo relações entre a variação da pressão
de vento com a altura e variação da contribuição de diferentes componentes da área vélica
de uma embarcação, como casco, superestrutura e outros fatores, atribuindo a cada um
destes componentes diferentes coeficientes de arrasto.
21
A fórmula apresentada em (11) para determinação da pressão de vento atuante
sobre uma embarcação do tipo FPSO é dada pela equação (1) para a pressão de vento
considerando unidades do SI.
𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0,610 ∗ 𝐶𝑠 ∗ 𝐶ℎ ∗ 𝑉𝑟𝑒𝑓2 (1)
Onde:
{
𝐶𝑠 = 𝑆ℎ𝑎𝑝𝑒 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎) 𝐶ℎ = 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎)
𝑉𝑟𝑒𝑓 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎
Os coeficientes presentes na formulação, Cs e Ch são, respectivamente, os
coeficientes de forma e de altura e são funções das componentes da área vélica a serem
consideradas e suas alturas respectivas com relação à linha d’água. Ambos os coeficientes
são parâmetros adimensionais.
A força de vento, por sua vez, pode então ser calculada através de famosa relação
entre força e pressão. Como se trata de pressão atuante sobre as áreas das superfícies da
embarcação em contato com o vento, a força de vento é, então, calculada com base na
pressão calculada com base na equação (1) e na área vélica correspondente ao elemento
de área em questão. A equação (2) relaciona a pressão de vento e a área vélica de um
elemento de área e é apresentada a seguir.
𝐹𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝐴𝑤 (2)
Onde:
{𝐹𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐴𝑤 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑣é𝑙𝑖𝑐𝑎
É automática a conclusão, com base na existência dos coeficientes de altura e de
forma distintos para cada porção da área vélica da embarcação, que a força de vento é
calculada para cada elemento de área (superestrutura, casco, etc) e é constituída, então,
de um somatório de forças de vento calculadas com base em considerações quanto à
natureza das formas expostas ao vento e à sua altura com relação à linha d’água da
embarcação.
A Tabela 3-1 e a Tabela 3-2, ambas extraídas da referência (11), apresentam,
respectivamente, os valores a serem utilizados dos coeficientes Cs e Ch em função,
22
respectivamente, das formas dos elementos de área de que se trata e da altura destes com
relação à linha d’água do calado considerado para a unidade ou para a embarcação.
Tabela 3-1 – Coeficientes de forma Cs (11)
Tabela 3-2 - Coeficientes de altura Ch (11)
3.3.2. Cargas de Corrente
A referência (11) apresenta, ainda, formulação amplamente aceita e utilizada para
determinação de cargas de correntes atuantes sobre uma embarcação.
A formulação proposta pela referência e apresentada na equação (3) consiste no
cálculo de força de arrasto atuante sobre as estruturas submersas de uma embarcação,
envolvendo típicos coeficientes de arrasto, dados de velocidade de corrente e área exposta
à corrente, que varia em função da incidência da corrente.
𝐹𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = ƥ𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟∗𝐶𝑑∗𝐴𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡∗𝑢𝑐∗|𝑢𝑐|
2 (3)
Onde:
23
{
𝐹𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒, 𝑒𝑚 𝑁
ƥ𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎, 𝑒𝑚 𝑡𝑜𝑛/𝑚³
𝐴𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑡𝑎 à 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒, 𝑒𝑚 𝑚2
𝐶𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑜𝑢𝑐 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 à á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒, 𝑒𝑚 𝑚/𝑠
Os valores de Cd, coeficiente de arrasto, são determinados através de testes de
laboratório realizados com modelos reduzidos de embarcações e unidades flutuantes. A
partir dos testes realizados, são plotados valores estimados para coeficientes de arrasto de
corrente em função do ângulo de ataque com que a corrente incide sobre a embarcação.
A referência (14) apresenta coeficientes de arrasto obtidos para embarcações do tipo
VLCC em diferentes condições de carregamento e ângulos de ataque. A Figura 3-6 ilustra
dados obtidos através de testes conduzidos em laboratório.
Figura 3-6 - Coeficientes de arrasto de corrente longitudinal em navio-tanque (14)
3.3.3. Cargas de Onda
As cargas de onda, por sua vez, podem ser determinadas, entre outras formas,
através da formulação apresentada em (12), em seu manual de análise e modelagem de
operações marítimas, que apresenta formulação de carga de onda em função de altura
24
significativa de onda, aceleração da gravidade, coeficiente de reflexão R – variável em
função da natureza da superfície ou embarcação exposta às ações de onda -, a boca da
embarcação e o peso específico da água do mar ou da água doce, a depender das condições
do local de amarração da embarcação.
Esta formulação, que é utilizada primordialmente para análise de forças de onda
atuantes em reboques costeiros ou oceânicos, apresenta a força de onda atuante na
embarcação como força de drift, cuja equação definidora é apresentada na equação (4),
fornece resultados em geral conservadores, segundo (12), de forma a ser de boa utilização
para estimativas de forças de onda atuantes sobre embarcações atracadas ou ancoradas.
𝐹𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 [𝑁] = ƥ𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟∗𝑔∗𝑅2∗𝐵∗𝐻𝑠²
8 (4)
Onde:
{
𝐹𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 = 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎, 𝑒𝑚 𝑁
ƥ𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎, 𝑒𝑚 𝑡𝑜𝑛/𝑚³
𝑔 = 𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒, 𝑒𝑚 𝑚/𝑠2
𝑅 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥ã𝑜, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝐻𝑠 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎, 𝑒𝑚 𝑚𝐵 = 𝐵𝑜𝑐𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑎 𝑒𝑚𝑏𝑎𝑟𝑐𝑎çã𝑜, 𝑒𝑚 𝑚
O coeficiente de reflexão, R, é parâmetro adimensional relativo à forma da
embarcação ou de tipo de geometria submersa, e varia de acordo com a geometria do
objeto submerso. De forma geral, R é maior quanto maiores forem as respostas em ondas
do tipo de geometria submersa. Embarcações com formato quadrado, por exemplo, cujos
valores característicos de RAO, caracterizadores de resposta da embarcação em ondas,
do inglês Response Amplitude Operator, possuem coeficiente de reflexão típico de valor
consideravelmente superior a embarcações de casco convencional, cuja forma
hidrodinâmica contribui para melhor comportamento em ondas e menores valores de
amplitude de resposta. A Tabela 3-7, extraída de (12), apresenta valores de coeficientes
de reflexão típicos para formas comuns a embarcações e plataformas.
25
Tabela 3-3 – Coeficientes de reflexão para cálculo de forças de onda (12)
3.4. Normas para projetos de amarração
As normas internacionais para projetos de amarração baseiam-se, de maneira
geral, em recomendações de boas práticas de projeto, que são seguidas e recomendadas
como parâmetros básicos de qualidade de projeto por parte de reconhecidas instituições
responsáveis pela ação de vistoria e Marine Warranty Surveyor. O serviço de Marine
Warranty Surveyor, comum no meio de operações marítimas, consiste em inspeção e
aprovação técnica, de terceira parte e independente das partes envolvidas em projetos de
operações marítimas como projetos de amarração, como forma de confirmação da
segurança dos bens envolvidos nas operações projetadas e planejadas.
No caso específico de projetos de amarração de embarcações de grande porte em
cais de estaleiros ou portos, as principais referências normativas existentes consistem nas
recomendações internacionais de referência (15), (16) e (17), respectivamente ISO 19901-
7, API RP 2SK – Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures
(2005) e 0032/ND – Guidelines for Moorings, da Noble Denton. As duas referências
normativas citadas interagem e possuem as mesmas definições básicas quanto aos limites
de tensões nas linhas de amarração, classificações de projeto, necessidades de utilização
de que tipos de dados meteorológicos e classificação dos projetos. A referência 0032/ND
– Guidelines for Moorings, por se tratar de texto mais ilustrativo e de simples
compreensão, será utilizada no presente trabalho para apresentação dos principais
requisitos para corretos projetos de amarração de embarcações de grande porte.
Em seu início, a referência (17) define os principais motivos pelos quais se deve
considerar, apesar de aparentemente serem mais brandas as cargas ambientais sobre
navios atracados, cujos locais geralmente em estaleiros ou portos são posicionados em
regiões abrigadas e de menor intensidade de cargas ambientais, que o risco envolvido no
projeto e execução de tais atracações deve ser considerado alto:
26
1) Amarrações de embarcações possuem alto valor de consequência de falha
devido à natureza da amarração: enquanto ancoragens offshore possuem maior
liberdade e, em geral, maior distanciamento entre o ativo ancorado e outras
embarcações ou estruturas vizinhas, no caso de amarrações em cais, a falha
dos componentes de amarração pode levar a consequências seríssimas dada a
proximidade com elementos do cais e outras embarcações amarradas ou de
passagem na região.
2) Incerteza no cálculo das cargas ambientais devido a efeitos de cisalhamento
de vento e possíveis efeitos de squat em regiões de baixo calado.
3) Potenciais limitações no ajuste de arranjo de amarrações e alteração no arranjo
e tensão das linhas de amarração durante tempestades ou ocorrência de mau
tempo.
4) Possível dificuldade de conhecimento das tensões atuantes nas linhas de
amarração devido à falta de equipamentos adequados.
5) Alto potencial de falha dos equipamentos de amarra~çao, em especial nas
linhas, devido a desgastes por atrito das linhas de amarração quando em
contato com outros equipamentos ou barreiras físicas existentes no cais.
Considerados estes pontos, passa-se à análise da referência normativa 0032/ND,
que dispõe de regras gerais para projetos de amarração de embarcações de grande porte.
As principais informações requeridas para projetos de amarração de embarcações de
grande porte do tipo FPSO são as seguintes:
1) Natureza da operação, isto é, de que tipo de operação se trata (amarração em
cais de estaleiro ou porto, ancoragem etc.).
2) Datas previstas para início e fim da amarração da embarcação, bem como sua
duração estimada.
3) Dados quanto a se o sistema de amarração deverá ser ativo ou passivo, isto é,
se haverá possibilidade, durante o período de amarração da embarcação, de
variar as tensões aplicadas às linhas através dos guinchos existentes na
embarcação.
4) Se a embarcação estará tripulada ou não-tripulada durante a amarração.
Além dos fatores acima previstos, é de fundamental importância, de acordo com
a referência (17), que seja esclarecida a referência normativa adotada como base para as
análises de amarração a serem realizadas.
27
Ainda em (17) são definidos requerimentos de conhecimento dos detalhes da
região pretendida para o projeto de amarração, tanto em termos geográficos quanto em
termos de incidências ambientais. Dados como posição do cais com relação ao Norte
geográfico, documentos com batimetria da região e calados aceitáveis de embarcação
para a região do cais pretendido, tipo de solo marinho, detalhe das defensas marítimas
instaladas no cais e detalhes dos cabeços do cais como sua capacidade em SWL (Safe
Working Load) são requeridos e necessários para cálculo de amarração de uma
embarcação. Detalhes quanto às posições dos fairleads e guinchos da embarcação, bem
como quanto às posições dos cabeços do cais e posição relativa entre a embarcação e o
cais devem, também, ser levantados para correto projeto de amarração.
Por fim, é mandatório que se possuam dados completos quanto às características
hidrostáticas da embarcação e condições de carregamento esperadas para o seu período
de amarração em termos de calados esperados. Para caso de projetos de amarração em
que há variação de calado ao longo da estadia da embarcação em uma localidade, como
ocorre em geral com operações entre navios em que pode haver transferência de óleo ou
outros tipos de fluidos de uma embarcação para outra e consequente variação de calados,
devem ser avaliadas as condições de carregamento mais críticas em termos de tensão
atuante sobre as linhas de amarração e, dado determinado envelope de condições de
carregamento críticas, realizar-se as análises considerando todas as condições levantadas.
Figura 3-7 - Operação Ship-to-ship no porto de Cabedelo (PB)
28
A norma de referência (17) define, também, valores de períodos de retorno de
condições ambientais padrões a serem utilizados a depender do tipo e duração do período
de amarração. Para entendimento da divisão realizada em norma é importante, no entanto,
ter em mente a distinção entre as classificações de operações restritas (Weather Restricted
Operations) e operações irrestritas (Weather Unrestricted Operations).
De acordo com (17), operações restritas são aquelas definidas como aquelas que
podem ser realizadas e finalizadas em janela de tempo para a qual há previsão
meteorológica confiável durante toda a duração da operação. O período de referência de
operação (operational reference period) é, então, definido como sendo de 72 (setenta e
duas) horas. Operações restritas não devem, necessariamente, ser projetadas com base em
dados meteoceanográficos extremos da região, haja vista a possibilidade de avaliação dos
boletins de previsão meteorológica para determinação das condições ambientais de
projeto.
Já operações irrestritas, de acordo com (17), são definidas como aquelas cujo
tempo estimado de operação excede o período de referência de operação e, portanto, cujas
condições ambientais de projeto devem respeitar a extremos estatísticos para a região,
cujos períodos de retorno a serem adotados variam e são definidos a depender do tipo de
operação realizado.
Considerando, então, que para o presente projeto trata-se de operações de
atracação que possibilitem ações de reparo e vistorias previstas e que naturalmente
excedem o tempo de 72 (setenta e duas) horas, a avaliação dos critérios ambientais de
projeto dar-se-á considerando operações irrestritas à luz da norma de referência estudada.
Para operações irrestritas, os períodos de retorno a serem utilizados para definição das
condições ambientais de projeto são definidos na Tabela 7-1 da norma de referência (17).
Tabela 3-4 – Períodos de retorno a serem adotados para projetos de amarração (17)
29
O caso avaliado consiste em amarração de embarcações grande porte em estaleiros
ou portos, e se encaixa na classificação Quayside/Inshore. Para este caso, a depender da
duração da amarração, os períodos de retorno a serem utilizados são de:
a) 10 (dez) anos para projetos com duração estimada inferior a 6 (seis) meses;
b) 100 (cem) anos para projetos com duração estimada igual ou superior a 6 (seis)
meses.
Os dois principais métodos de análise de amarração são conhecidos como o
método de análise quase-estática e o método de análise dinâmica.
De acordo com (17), a análise quase-estática consiste basicamente na aplicação
da média das forças ambientais observadas, considerando cada uma das direções de
incidência em um mínimo total de 8 (oito) totais incidências, uma a cada 45°, e as
respostas do sistema de amarração e da embarcação atracada são calculadas de forma a
gerar máximo passeio da embarcação dadas as cargas ambientais. Para este máximo
passeio, dadas condição de cargas ambientais, são calculadas estatisticamente as cargas
sobre as linhas de amarração, os cabeços e as defensas do cais. A análise quase-estática
oferece boas aproximações, porém apresenta-se falha e com maior distância dos dados
reais à medida que se aumenta a profundidade em caso de análises de ancoragem.
Já a análise dinâmica, de acordo com (17), consiste na consideração da dinâmica
das linhas de amarração dadas suas inércias devido às movimentações das buzinas das
embarcações e dadas as forças hidrodinâmicas atuantes nas linhas de amarração. A análise
dinâmica é, de forma geral, aproximação mais aconselhável para análises de ancoragem
em grandes profundidades.
Embora não seja de caráter obrigatório, a referência (17) apresenta tipos de análise
usualmente utilizados e aconselhados para cada natureza de projeto. Como se pode
observar e como já era esperado, dada a observação de indicação de utilização da análise
quase-estática para atracações ou projetos de ancoragem em baixas profundidades, a
técnica de análise indicada para amarrações em cais de portos ou estaleiros é a técnica de
análise quasi-estática.
30
Tabela 3-5 – Tipos de análises indicados por natureza de projeto (17)
Por fim, a referência (17) define limites de tensão atuante sobre as linhas de
amarração de um sistema, variáveis de acordo com a condição de análise, i.e. se se trata
de análise intacta, de análise de checagem de redundância ou de análise transiente. Para
isso, no entanto, é necessário entender de que se tratam os métodos de análise intacta,
checagem de redundância ou análise transiente.
A análise intacta consiste na análise das respostas e tensões atuantes sobre os
componentes do sistema de amarração intacto, sem avarias e com a presença de todas as
linhas projetadas para o sistema. A análise de checagem de redundância consiste na
análise da resposta da embarcação, em todos os termos usualmente analisados (tensão nas
linhas de amarração, passeio da embarcação, tensão nos cabeços do cais, força sobre as
defensas), considerando falha das linhas de amarração mais carregadas em cada
incidência de vento. Esta análise é requisito de projeto, e usualmente arranjos de
amarração são projetados de forma a fornecer redundância de arranjo, possibilitando que
o sistema tenha capacidade de absorver sem problemas sobretensões em linhas de
amarração ou cabeços decorrentes da falha de componentes envolvidos na amarração. A
análise transiente, que de acordo com (17) deve ser realizada para o caso de haver outra
instalação ou embarcação nas proximidades da embarcação atracada, consiste em se
considerar e levantar a característica da movimentação e do passeio da embarcação
considerando todos os pontos únicos de falha do sistema. A tabela abaixo apresenta os
métodos de análise indicados para cada tipo de amarração, a cais ou do tipo ancoragem,
considerando o estado limite, para fins das análises de amarração abordadas, LS2 (ULS),
do inglês Ultimate Limite State, que corresponde a condição de projeto cujas cargas são
31
geradas por combinações de cargas ambientais de baixa ocorrência e altos períodos de
retorno.
Tabela 3-6 - Métodos de análise recomendados (17)
Os limites percentuais de tensões nas linhas de amarração definidos na referência
e tabelados de acordo com a análise realizada são apresentados na Tabela 10-1 da
referência (17), e são expostos na Tabela 3-7.
Tabela 3-7 - Limites de tensão e fatores de segurança das linhas de amarração - (17).
Como se observa, para o caso de arranjos de amarração, os limites são
apresentados em percentuais do MBL (Maximum Breaking Load), valor de carga
usualmente tabelado para linhas de amarração de materiais padrão como náilon, poliéster,
polyblend, aço e outros materiais utilizados em atracações navais. Para o caso de análises
32
quase-estáticas, os limites de tensão nas linhas de amarração são de 50% do MBL (fator
de segurança de 2.00) para a análise intacta e 70% do MBL (fator de segurança de 1.43)
para análise de checagem de redundância.
Como se poderá observar na seção seguinte, as formulações existentes na
referência (18) para estimativa das tensões atuantes nas linhas de amarração consideram
limites de tensão atuante para análise intacta de 55%, valor ligeiramente superior ao
indicado nas referências normativas atualmente indicadas. As formulações utilizadas no
momento de determinação de cargas atuantes em arranjo de amarração padrão, no
entanto, serão adaptadas aos limites de tensão atualmente recomendados pelas referências
apresentadas.
3.5. Método para estimativa de tensões atuantes nos equipamentos de
amarração
Há, atualmente, diversos métodos para estimativa das tensões atuantes nos
equipamentos envolvidos em uma amarração de uma embarcação em um cais de estaleiro
ou de um porto. Em geral, os métodos para estimativa de tensões atuantes nos
equipamentos de amarração, embora forneçam boas aproximações e estimativas
razoáveis de desempenho de arranjos de atracações, não são utilizados como substitutos
de softwares computacionais utilizados para análises de amarração em cais ou ancoragem.
Isto ocorre porque, embora os métodos existentes sejam eficazes na determinação dos
limites e parâmetros básicos necessários aos equipamentos de atracação, como MBL
(Carga máxima de ruptura) das linhas de amarração, SWL (Carga segura de trabalho) dos
cabeços do cais, limite de resistência das defensas marítimas instaladas, limite de carga
nas buzinas, é necessária avaliação mais rigorosa quanto às tensões atuantes nas linhas de
amarração, cargas nas defensas e, em especial, quanto aos valores de passeio da
embarcação para cada incidência ambiental. De fato, quanto mais complexos os dados de
saída desejados, maiores os esforços de cálculo e mais inviáveis que estes sejam
realizados de outra forma que não numericamente.
As referências existentes que dispõem de formulações para estimativa das tensões
atuantes nos cabos de amarração e defensas marítimas são diversas, desde as com
formulações mais simples, como a apresentada por (10), passando por formulação de
complexidade intermediária, que considera peculiaridades inerentes a sistemas de
amarração, como a formulação existente em (18), chegando também a formulações de
33
natureza mais complexa, com cálculos mais sofisticados, envolvendo estimativas de
passeio da embarcação, e geralmente aplicada em programas computacionais ou modelos
numéricos com maior capacidade de processamento e poder de cálculo, como a
apresentada em (20). Este trabalho utiliza as formulações de (19) para determinação das
cargas atuantes em defensas marítimas de portos e cais, e as formulações de (18) para
determinação das cargas atuantes sobre linhas e cabeços de amarração.
A obra de Mason, dada na referência (19), embora voltada a Obras Portuárias,
apresenta formulações utilizadas para estimativa de tensões em linhas de amarração e de
cargas sobre defensas. Embora sua maior contribuição para este trabalho seja na
determinação de cargas sobre defensas marítimas, é interessante o estudo da formulação
apresentada para cálculo de tensões atuantes sobre linhas de amarração para o
entendimento dos maiores elementos de complexidade da formulação existente em (18).
A referência (19) apresenta conceitos interessantes quanto à necessidade não só
de conhecer o arranjo de amarração de uma embarcação em termos de linhas de
amarração e suas orientações, mas também da natureza das operações a serem realizadas
durante período de estadia e análise das condições de carregamento – e consequentemente
flutuabilidade – da embarcação ao longo de um período de amarração em cais. É
interessante notar a necessidade de conhecimento das condições de carregamento da
embarcação e de suas variações ao longo deste período, para correta estimativa das cargas
atuantes sobre as linhas durante todo o período, para as diferentes condições de
flutuabilidade e, no caso específico de preocupação da referência, para correto
dimensionamento das estruturas de cabeços do cais e defensas marítimas em termos de
coroamento das estruturas.
Figura 3-8 – Diferentes condições de carregamento durante amarração (19)
34
A referência (19) apresenta, ainda, método simplificado de estimativa das tensões
sobre linhas de amarração de um arranjo padrão de amarração. Considerando um arranjo
de amaraação padrão de uma embarcação, contemplando linhas de amarração destinadas
a resistência de cargas longitudinais (lançantes), linhas destinadas a resistência de cargas
transversais (linhas transversais ou de través) e linhas destinadas a resistência de cargas
transversais e longitudinais (espringues), a referência (19) apresenta formulação simples,
considerando as contribuições de cada tipo de linha para as resistências às cargas
ambientais.
Figura 3-9 – Arranjo padrão de amarração (19)
Considerando o arranjo padrão de amarração apresentado na Figura 3-9, por
exemplo, o arranjo conta apenas com uma linha lançante na popa. Neste caso, de acordo
com (19), a carga sobre a linha lançante de popa, única responsável, neste arranjo, pela
resistência a cargas ambientais no sentido oeste-leste, é calculada através de simples
decomposição de forças para este caso.
Figura 3-10 – Carga atuante na linha lançante de proa da embarcação (19)
É fácil notar, no entanto, que a presente formulação apresenta soluções demasiado
simplificadas. Isto ocorre devido ao fato de se considerar, para todos os fins, que as
contribuições de carga nas linhas de amarração existem e atuam simplesmente no plano
35
horizontal. Sabe-se, de experiência teórica e prática, que embarcações de grande porte,
em especial embarcações do tipo FPSO, podem chegar a possuir grande valor de borda
livre e suas buzinas e guinchos estão localizados nos seus conveses principais,
ocasionando grande distância vertical entre os pontos de amarração na embarcação e nos
cabeços do cais. A resistência das linhas de amarração, portanto, sofre influência direta
dos ângulos das linhas de amarração com o plano dos cabeços do cais. Além disso, outros
fatores devem ser considerados para análise de tensão sobre as linhas de amarração.
A maior contribuição de (19) consiste na análise de teoria de impacto para
determinação de cargas máximas atuantes sobre defensas marítimas. Para isto, como se
trata de teoria de impacto, são calculadas energias de impacto, considerando velocidades
de impacto entre a embarcação e as defensas do cais. Considerando choque com atrito
tangencial, a referência fornece formulação para cálculo da energia de impacto entre
embarcação e defensas marítimas.
Figura 3-11 – Choque com atrito tangencial (19)
A energia de impacto, então, é dada pela equação (5) para estes casos de choque
entre embarcação e defensas marítimas com atrito tangencial.
𝐸𝑑 = 𝑀∗𝑣𝑝2
2∗ (
1
1+ 𝑙²
𝑟²
) (5)
Onde:
36
{
𝐸𝑑 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐼𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜,
𝑀 = 𝐷𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜, 𝑒𝑚 𝑢. 𝑡.𝑚 (𝛥
9.8065)
𝑣𝑝 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 − 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎𝑠, 𝑒𝑚 𝑚/𝑠𝑙 = 𝐷𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝐶𝐺 𝑑𝑜 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎𝑠, 𝑒𝑚 𝑚
𝑟 = 𝑅𝑎𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑒𝑚𝑏𝑎𝑟𝑐𝑎çã𝑜, 𝑒𝑚 𝑚
A componente da equação (5) composta pelos parâmetros l e r pode ser
aproximada como um coeficiente de redução c, variável em função de diversos aspectos,
e cujos valores são tabelados em função principalmente do valor de l frente ao valor do
comprimento total da embarcação L.
Tabela 3-8 – Valores típicos de coeficiente de redução c (19)
A referência (18), por sua vez, apresenta em seu Anexo E método para estimativa
da resistência total longitudinal e transversal de arranjos padrões de amarração
usualmente utilizados para embarcações de grande porte. Este método possui vantagens
com relação ao método simplificado apresentado anteriormente pois, além de considerar
critérios de projeto como limites de tensão atuantes sobre as linhas de amarração,
considera também ângulo vertical das linhas de amarração com os cabeços do cais, bem
como os comprimentos das linhas dentro da embarcação, linboard, correspondente ao
comprimento das linhas compreendido entre o guincho ou cabeço na embarcação às
buzinas, e comprimento fora da embarcação, loutboard, correspondente ao comprimento
da linha após saída da embarcação. São considerados os ângulos de cada uma das linhas
de amarração com a horizontal da embarcação, β, ou com a transversal da embarcação, α,
a depender da finalidade da linha, se é linha de través, lançante ou espringue.
As principais restrições quanto ao método apresentado por (18) consistem no fato
de que, para este método, as resistências longitudinal e transversal dos arranjos de
amarração são calculadas separadamente; ainda, o método possui grande aderência com
programas computacionais para ângulos verticais entre linhas de amarração e cabeços de
37
valores de até 25°. As linhas de amarração devem ser todas de mesmo material, e caso
haja linhas de diferentes materiais, em especial linhas de aço misturadas com linhas de
materiais sintéticos como poliéster ou náilon, as linhas sintéticas são desprezadas devido
à baixa capacidade de distensão das linhas de aço. As linhas de cada característica, isto é,
linhas de través, lançantes ou espringues devem possuir, na medida do possível,
comprimentos parecidos e serem compostas do mesmo material.
As figuras abaixo demonstram os principais parâmetros utilizados para análise das
resistências longitudinal e transversal de um arranjo de amarração de acordo com (18).
Figura 3-12 – Parâmetros geométricos para arranjos de amarração (18)
Figura 3-13 – Ângulo vertical linha de amarração – cabeço (18)
Assume-se, ainda, que na resistência lateral dos arranjos de amarração, a tensão
nas linhas é proporcional a cos𝛼
𝐿 , considerando o comprimento total das linhas relevante
para o caso de arranjos de amarração com diversas linhas ocupando a mesma função
38
(absorção de tensões longitudinais, transversais ou mistas). Isto significa, em outras
palavras, que considera-se que, para o caso de cargas transversais, a resistência e a
contribuição para a resistência lateral do arranjo como um todo é diretamente
proporcional ao cosseno do ângulo transversal da linha e inversamente proporcional ao
comprimento da linha; quanto menor o ângulo 𝛼, maior será a contribuição de
determinada linha para a resistência lateral do arranjo. Da mesma forma, quanto maior o
comprimento da linha de amarração, menor será a contribuição da linha para a resistência
lateral.
Figura 3-14 – Arranjo de amarração exemplificado (18)
Dado um arranjo com suas características mapeadas em termos de ângulos
laterais, longitudinais e verticais, comprimentos das linhas, posição dos cabeços, como
no caso da Figura 3-14, a referência (18) apresenta procedimento de cálculo das
resistências longitudinal e transversal de um arranjo de amarração através de um total de
sete passos, apresentados a seguir.
1. Divisão da função das linhas de amarração no dado arranjo de amarração. As
linhas de amarração de um arranjo devem ser divididas em dois principais grupos,
cada um desmembrado em outros dois grupos. No caso, deve-se dividir as linhas
em linhas de amarração destinadas a fornecimento de resistência longitudinal na
proa e na popa (lançantes), vem como linhas destinadas a fornecimento de
resistência transversal na proa e na popa. Embora possuam a mesma função na
proa e na popa, as linhas destinadas a resistência transversal (linhas de través)
devem ser distribuídas na proa e na popa da embarcação, de forma a contribuírem
para aliviamento dos momentos decorrentes de cargas não alinhadas longitudinal
ou transversalmente à embarcação. No caso do exemplo da Figura 3-14, trata-se
de arranjo de amarração projetado com base em falta de espaço a vante ou a ré da
39
embarcação no berço de atracação, utilizando então a seção de meia-nau para
posicionamento das linhas lançantes.
2. Levantamento de todos os dados geométricos e valores necessários para
realização do cálculo. Isto inclui os ângulos α e β de cada linha, a depender da
classe da linha (linha lançante destinada a resistência longitudinal ou linha de
través destinada a resistência transversal), os valores de comprimento linboard e
loutboard de cada uma das linhas, bem como os valores do ângulo θ vertical e a
distância vertical H entre os cabeços do cais e o convés principal da embarcação
ou ponto de altura dos apoios das linhas de amarração.
3. Devem ser tabulados, então, para cada linha, os valores de cos θ (para todos os
tipos de linhas), cos β para linhas destinadas à resistência longitudinal e cos α para
linhas destinadas à resistência transversal.
4. A partir dos dados levantados de cossenos dos ângulos α de cada linha, deve ser
calculado o fator cos𝛼
𝐿 de cada linha para cada grupo de resistência transversal (na
popa e na proa), determinando então, para cada um destes grupos, a linha crítica
ou mais carregada, considerada neste modelo a linha de maior valor de cos𝛼
𝐿, fator
relacionado à tensão absorvida por cada linha do arranjo de amarração.
5. As resistências longitudinal e transversal são, então, definidas como sendo dadas
pelas formulações abaixo, onde Rya corresponde à resistência transversal na popa
da embarcação, Ryf corresponde à resistência transversal na proa da embarcação,
Rxa corresponde à resistência transversal na popa da embarcação e Rxf
corresponde à resistência transversal na proa da embarcação.
A resistência transversal de um arranjo de amarração de uma embarcação de
grande porte, considerando diferentes grupos para proa e popa da embarcação, é dada
pela equação (6).
𝑅𝑦 = 0.55 ∗ 𝑀𝐵𝐿 ∗ (∑𝑐𝑜𝑠²𝛼𝑖
𝑙𝑖
𝑛𝑖=1 ) ∗
𝑙𝑐
cos𝛼𝑐∗ cos 𝜃𝑐 (6)
Onde:
40
{
𝑅𝑦 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑠𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜,𝑀𝐵𝐿 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜
𝛼𝑖 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑖 𝑎 𝑛𝑙𝑖 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑖
𝑙𝑐 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝛼𝑐 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝜃𝑐 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑖 = í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑒𝑚 𝑟𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
𝑛 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑒𝑟 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
Como se pode verificar, a formulação existente considera resistências transversais
de cada uma das linhas do grupo responsáveis pelo fornecimento da resistência
transversal, como componentes de uma resistência total existente. A resistência é
ponderada com o fator cos𝛼
𝐿, considerado o fator na metodologia relacionado à tensão nas
linhas. São realizadas correções considerando a orientação das linhas com relação a seu
ângulo vertical θ e, por fim, é realizada consideração considerando fator de segurança de
1.81, relativo ao valor de 0.55 na tensão atuante sobre as linhas de amarração. Neste caso,
no entanto, frisa-se a orientação atual de referências normativas já apresentadas quanto
ao fator de segurança de 2.0, a ser utilizado para a análise realizada neste trabalho.
O cálculo para resistência longitudinal de um arranjo de amarração apresentado
por (18) é mais simples e consiste na aplicação de fator de segurança, correção da
resistência fornecida por cada linha devido aos ângulos vertical θ e com o eixo horizontal
β, além da quantidade de linhas lançantes que fornecem resistência longitudinal ao
conjunto de linhas (de proa ou de popa).
𝑅𝑥 = 0.55 ∗ 𝑁 ∗ 𝑀𝐵𝐿 ∗ cos 𝜃 ∗ cos 𝛽 (7)
Onde:
{
𝑅𝑥 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑐𝑎çã𝑜,𝑀𝐵𝐿 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜
𝛽 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝛽 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
𝜃 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝜃 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑁 = 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
É apresentada, na referência, tabulação recomendada para compilação dos dados
do arranjo de amarração e facilitação dos cálculos a serem realizados com base nas
equações (6) e (7). A Figura 3-15, abaixo, apresenta tabela recomendada para análise das
41
resistências longitudinal e transversal de um projeto de amarração de embarcação de
grande porte.
Figura 3-15 – Tabela de compilação de dados de arranjo de amarração (18)
É importante frisar, para o caso desta formulação, que considera-se que as linhas
lançantes responsáveis por resistir às cargas longitudinais, em cada conjunto (linhas
responsáveis por absorver cargas longitudinais advindas da proa ou de popa), devem ser
o mais próximas possível em termos de comprimento e ângulos β e θ, de forma que a
formulação apresentada acima seja válida. De fato, a referência (18) apresenta critério de
avaliação da validade da fórmula apresentada na equação (7), considerando variação
tolerável entre os valores de cos θ, cos β e l entre as linhas de um mesmo conjunto
longitudinal para validação da formulação apresentada.
42
4. METODOLOGIA
A metodologia a ser adotada para análise e determinação das cargas atuantes sobre
os equipamentos de amarração do estaleiro, i.e., linhas de amarração, cabeços e defensas
do cais, é baseada em passo a passo formulado utilizando metodologias e formulações
apresentadas na seção 3 deste trabalho, de análise de formulações usualmente utilizadas
e parâmetros de projetos de amarração.
O passo a passo a ser adotado como procedimento para estimativa inicial de cargas
atuantes nos equipamentos de amarração é resumido a seguir. Os detalhes de cada uma
das etapas serão explanados nas subseções destinadas às etapas. O procedimento adotado,
com as etapas organizadas em forma de fluxograma, é apresentado na Figura 4-1.
De forma geral, o procedimento consiste basicamente em aplicar as metodologias
apresentadas na seção 3 do presente trabalho. Especificamente, a formulação de
determinação das resistências longitudinal e transversal sobre a embarcação é utilizada
de forma reversa: de posse das cargas ambientais definidas como as atuantes sobre a
embarcação, com base nas formulações já apresentadas, calcula-se o valor de MBL
requerido das linhas de amarração para que o sistema seja capaz, dado fator de segurança
requerido por norma, de suportar às cargas transversal e longitudinal impostas e
calculadas. Dessa forma, calcula-se valor de MBL requerido para as linhas e,
considerando a quantidade de linhas por cabeço, calcula-se por consequência as cargas
atuantes estimadas sobre os cabeços para um arranjo de amarração padrão de embarcação
do tipo FPSO.
Dados do problema, como por exemplo áreas vélicas longitudinal e transversal,
velocidades de vento, geometria do arranjo de amarração e dados do cais como
espaçamento entre cabeços e espaçamento entre defensas são ora adotados como
premissas, ora extraídos de referências apropriadas para a análise. Em todos os casos, os
critérios adotados são expostos e explicados nas subseções existentes.
O problema de estimativa de capacidade dos componentes de amarração de um
cais de estaleiro, portanto, consiste basicamente, como todo problema, em inputs a serem
fornecidos e outputs calculados com base nos dados de entrada. No caso da sequência de
ações proposta e adotada na abordagem apresentada, há três etapas principais a serem
cumpridas para que, então, sejam obtidos os dados de saída, isto é, os valores estimados
43
de MBL para as linhas de amarração, cabeços do cais e as resistências das defensas do
cais.
A primeira etapa da sequência de ações proposta na Figura 4-1, por exemplo, que
consiste na realização do desenho do arranjo de amarração proposto, requer diversos
dados de entrada: distanciamento entre cabeços e defensas do cais, distância vertical entre
o cais e a linha d’água, distância entre os cabeços e a extremidade do cais, distância entre
os cabeços e a embarcação, quantidade de linhas disponíveis para amarração,
posicionamento das buzinas e guinchos na embarcação e material das linhas de
amarração, são exemplos de dados de entrada necessários para desenho do arranjo de
amarração a ser proposto.
A segunda etapa da sequência de ações proposta consiste na estimativa de área
vélica e determinação das condições de carregamento da embarcação. Para isto, são
necessários como dados de entrada o arranjo geral da embarcação e suas vistas frontal e
lateral de casco e de superestrutura e demais estruturas de topside, para que seja possível
a determinação das áreas vélicas longitudinal e transversal da embarcação. Além disso,
para que sejam determinadas de forma correta as áreas vélicas da embarcação, são
necessárias como dados de entrada também as condições de carregamento da embarcação
durante a amarração, que irão influenciar na área vélica a ser fornecida para cálculo das
cargas ambientais.
A terceira etapa da sequência de ações proposta na Figura 4-1, e última a requerer
dados de entrada, é a etapa de determinação das cargas ambientais. A etapa de
determinação de cargas ambientais requer diversos dados de entrada a depender da
natureza dos cálculos a serem realizados: no presente trabalho, parte-se da premissa que
estaleiros de grande porte em geral são localizados em regiões abrigadas e, portanto, não
contam com ação significativa de forças de onda ou de corrente. Neste caso, seriam
necessários como dados de entrada apenas dados relativos às componentes da área vélica
da embarcação e seus centroides com relação à linha d’água da embarcação, além dos
dados de velocidade de vento típica da região considerada.
As etapas seguintes, de estimativa de MBL requerido para as linhas de amarração
e estimativa de capacidade necessária para as linhas de amarração, cabeços e defensas do
cais são etapas que se alimentam dos dados de entrada anteriormente apresentados no
problema e fornecem como dados de saída os valores de capacidade das linhas de
44
amarração, cabeços e defensas do cais de um estaleiro ou porto de grande porte
responsável por receber embarcações de grande porte.
A Tabela 4-1 apresenta os principais dados de entrada e saída extraídos de cada
uma das etapas da sequência de ações proposta. A Figura 4-1 apresenta sequência de
ações proposta para estimativa de cargas atuantes sobre equipamentos de amarração. Na
sequência de ações proposta, cada etapa das etapas I à V definidas é alimentada pelos
dados de entrada e dados de saída respectivos listados na Tabela 4-1. Os elementos de cor
verde correspondem às etapas, em ordem, etapas I, II, III, IV e V. Os elementos de cor
vermelha correspondem aos dados de entrada, e os elementos de cor azul correspondem
aos dados de saída esperados em cada uma das etapas.
45
Tabela 4-1 – Dados de entrada e de saída utilizados na metodologia
Dados de entrada Dados de saída
Etapa I
- Características do cais
- Características da embarcação (dimensões principais, coordenadas de buzinas e guinchos)
- Características da amarração (quantidade de linhas
disponíveis e material)
-
Etapa II
- Vistas lateral e frontal da embarcação
- Condições de carregamento previstas para a embarcação durante amarração
-
Etapa III
- Dados de documento METOCEAN (incidências ambientais)
- Dimensões e contornos principais da embarcação
- Áreas vélicas longitudinal e transversal calculadas
- Coeficientes de arrasto de corrente OCIMF
-
Etapa IV -
Valor de MBL requerido para as
linhas de amarração com base em cálculo construído a partir
das referências
Etapa V -
Capacidades estimadas para as
linhas de amarração, cabeços e defensas do cais de estaleiro ou porto de grande
porte
46
Figura 4-1 – Sequência de ações proposta
Para que se deem os passos da sequência de ações proposta devem ser adotadas
premissas quanto a questões variáveis em função de cada projeto e necessárias para
determinação em especial quanto ao arranjo de cabeços do cais, distanciamento da
embarcação para os cabeços, condições de carregamento mais críticas que a embarcação
poderá enfrentar durante período de amarração e características principais da embarcação
(comprimento total, boca moldada, pontal moldado).
De forma geral, os parâmetros envolvidos e necessários para execução dos passos
citados na Figura 4-1 são definidos com base em práticas usuais de projeto e com base no
conservadorismo do método, explicitado na seção 3, para determinação das resistências
Desenho esquemático de
arranjo de amarração
Estimativa de área vélica e condições de carregamento
durante amarração
Determinação de cargas
ambientais
Cálculo de MBL requerido nas
linhas de amarração
Estimativa de carga sobre os cabeços, linhas de amarração e
defensas
Dados de entrada - Etapa I
Dados de entrada - Etapa II
Dados de entrada - Etapa III
Dados de saída -Etapa IV
Dados de saída -Etapa V
47
longitudinal e transversal do arranjo de amarração proposto. Os principais pontos
definidos, são, então:
➢ O distanciamento entre os cabeços do cais, bem como das defensas, d, ou
distanciamento entre dois cabeços consecutivos, é considerado como
sendo de 20,0 metros, e as defensas e os cabeços são considerados como
alinhados em mesmos planos transversais.
➢ A distância entre o plano dos cabeços do cais e das buzinas da embarcação
mais próximos do cais é de 12,2 metros no total, podendo ser maior a
depender da posição das buzinas nas curvaturas de proa e de popa do casco
da embarcação.
➢ A distância vertical entre os cabeços do cais e as buzinas da embarcação,
parâmetro H na Figura 3-13, localizados em seu convés principal, é de 16
(dezesseis) metros, considerando a embarcação com 10 (dez) metros de
calado, o cais com linha d’água média localizada 4 (quatro) metros abaixo
do cais e a embarcação com 30 (trinta) metros de pontal moldado.
➢ As linhas de amarração todas são compostas do mesmo tipo de material,
de acordo com premissas existentes no método apresentado na referência
(18).
➢ As áreas vélicas longitudinal e transversal da embarcação são definidas
com base em estimativa realizada a partir de arranjo geral de embarcação
do tipo FPSO disponível on-line, realizada com base nas dimensões
principais da embarcação definidas a seguir.
➢ Considera-se que estaleiros de grande porte e portos possuem instalações
e cais em geral abrigados, estando livres de incidências de onda ou
corrente significativas à luz de cálculos de amarração. Sendo assim,
considera-se que a embarcação está exposta a cargas ambientais apenas de
vento. Considera-se ainda, para esta análise específica, que a embarcação
deverá ser amarrada na cidade do Rio de Janeiro em região interior da Baía
de Guanabara e que, para estes fins, são desprezados dados de maré e
correntes de maré da região e são considerados os dados de vento da região
localizada na Baia de Guanabara, entre as cidades de Niterói e Rio de
Janeiro. Arranjos de amarração a serem avaliados em outras regiões, como
48
principalmente em locais mais ao Norte do Brasil, devem se atentar à
variação das marés e de suas correntes.
As dimensões principais da embarcação atracada, por fim, são dadas com base nas
dimensões principais das maiores embarcações do tipo FPSO atualmente existentes e são
apresentadas na Tabela 4-2. O deslocamento da embarcação durante amarração é
estimado como sendo o peso em toneladas relativo ao volume de deslocamento de uma
embarcação de coeficiente de bloco Cb = 0,90, comprimento total de 320 metros, boca
moldada de 60 metros e 10 metros de calado.
Tabela 4-2 – Dimensões principais da embarcação
4.1 Arranjo de amarração proposto
A metodologia a ser adotada para análise e determinação das cargas atuantes sobre
os equipamentos de amarração do estaleiro, i.e., linhas de amarração, cabeços e defensas
do cais, é baseada em passo a passo formulado utilizando metodologias e formulações
apresentadas na seção 3 deste trabalho.
O arranjo de amarração proposto consiste em um total de 20 (vinte) linhas, sendo
8 linhas destinadas a fornecer resistência transversal à embarcação pela popa, 8 linhas
destinadas a fornecer resistência transversal à embarcação pela proa, 2 linhas destinadas
a fornecer resistência longitudinal pela proa e 2 linhas destinadas a fornecer resistência
longitudinal pela popa. O arranjo é esquematizado com base no arranjo fornecido pela
referência (18) e apresentado na Figura 3-9 do presente trabalho. A Figura 4-2 ilustra o
arranjo de amarração proposto com as respectivas numerações das linhas de amarração.
320,00
60,00
30,00
21,00
10,00
177120,00Deslocamento de amarração [t]
Dimensões principais
Calado crítico de amarração [m]
Pontal moldado [m]
Boca moldada [m]
Comprimento total [m]
Calado de operação [m]
49
Figura 4-2 – Arranjo de amarração proposto
50
4.2 Estimativa de Área Vélica
Como já dito anteriormente, as áreas vélicas longitudinal e transversal da
embarcação, a serem estimadas para determinação das cargas de vento atuantes, são
determinadas com base em arranjo geral de embarcação semelhante do tipo FPSO
existente e de domínio público. O arranjo geral utilizado como base para determinação
das áreas vélicas longitudinal e transversal é exposto na Figura 4-3, e é considerado
interessante para determinação das áreas vélicas da embarcação por possuir correlações
reais entre áreas de casco, de superestrutura, módulos e outras estruturas. A área vélica
frontal das superestruturas é estimada para este caso, considerando a boca moldada da
embarcação e valores estimados para altura e largura das estruturas de topside do FPSO.
A Figura 4-3 apresenta a imagem utilizada como base para determinação das áreas vélicas
da embarcação.
Figura 4-3 - Arranjo geral de FPSO utilizado para estimativa de áreas vélicas
A estimativa das áreas vélicas é realizada, então, utilizando software de
modelagem computacional AutoCAD para transformação da imagem em comprimentos,
larguras e alturas adaptadas às dimensões principais da embarcação como definidas na
Tabela 4-2. A partir disso, então, são definidas polilinhas do contorno da embarcação e
de cada uma de suas áreas transversais ou longitudinais. Como explicado na seção 3.3.1,
51
a formulação para determinação de carga de vento diferencia estruturas de casco,
estruturas de casaria com diferentes coeficientes para determinação da pressão de vento.
As áreas vélicas são, então, determinadas não só com base em suas áreas, como também
com base em seu tipo (casaria, superestrutura, módulos e casco) e na altura de seu
centroide de área com relação à linha d´água da embarcação. As tabelas a seguir
apresentam os resultados obtidos para as áreas vélicas transversal e longitudinal da
embarcação, divididas em suas diferentes componentes.
Tabela 4-3 – Áreas vélicas transversais estimadas
Tabela 4-4 – Áreas vélicas longitudinais estimadas
4.3 Determinação de Cargas Ambientais
Como explicitado nas premissas de cálculo, considera-se que, pelo fato de se estar
dimensionando arranjo de amarração para portos e estaleiros de grande porte, capazes de
receber embarcações de grandes dimensões e realizar operações de manutenção e/ou
montagem de módulos de embarcações do tipo FPSO, que as cargas ambientais atuantes
são predominantemente as cargas de vento, haja vista que portos e estaleiros de grande
porte estão, em geral, localizados em regiões abrigadas e livres de ações significativas de
correntes ou ondas. Ainda, como dito anteriormente, considera-se que a embarcação é
amarrada no interior da Baía de Guanabara, no Rio de Janeiro, e que os efeitos de maré e
No. Descrição Área [m²] Centroide [m]
1 Casco 6972,40 12,00
2 Superestrutura 115,46 37,60
3 Módulos popa 354,71 36,31
4 Casaria 124,89 30,34
5 Módulos SMN 1775,65 38,12
6 Proa 250,59 43,11
9593,70TOTAL
Transversal
No. Descrição Área [m²] Centroide [m]
1 Casco 1945,95 20,65
2 Superestrutura 522,98 49,30
Longitudinal
52
suas correntes para a região do cais podem ser desprezados. Em caso de avaliação
semelhante para cais localizados em regiões mais ao Norte do Brasil, deve-se levar em
consideração efeitos gerados pela variação de altura das marés e as correntes de maré
decorrentes destas variações.
De posse das áreas vélicas transversal e longitudinal estimadas e de valores de
velocidades de vento atuantes na região, é possível realizar o cálculo das cargas de vento
atuantes sobre a embarcação com base na formulação normativa apresentada na seção
3.3.1 e com base na referência (11).
A velocidade de vento a ser utilizada para cálculo das forças de vento deve ser
utilizada com base em diversos fatores relativos a um arranjo de amarração específico,
i.e., a orientação do cais e da embarcação com relação ao norte real e aos dados de vento
da região. Além disso, devem ser considerados os períodos de retorno determinados por
norma e explicitados na Tabela 3-4. No caso deste trabalho, como já dito, considera-se
dados de velocidade de vento relativos à região da Baía de Guanabara localizada entre as
cidades do Rio de Janeiro e de Niterói, que conta com alta presença de estaleiros e
existência do Porto do Rio de Janeiro. Para esta região, dados estatísticos de velocidades
de vento históricos da região, coletados entre fevereiro de 2012 e janeiro de 2019 e
extraídos do site Wind Finder, referência (21), apontam para o comportamento das
velocidades de vento ao longo dos meses do ano ilustrado na Figura 4-4 e Figura 4-5, que
ilustram, respectivamente, os dados de velocidade média de vento medida e probabilidade
de excedência de determinadas velocidades e a rosa dos ventos atuantes na região onde
ocorrem as medições.
Figura 4-4 - Velocidade média de vento medida para região da Baía de Guanabara
53
Figura 4-5 - Rosa dos ventos atuantes na região da Baía de Guanabara
Ventos acima de 34 nós possuem probabilidade máxima de ocorrência da ordem
de 26% para meses de março, possuindo menor intensidade durante os meses do outono
e do inverno. Considera-se, então, para fins de cálculo deste caso, dada a ausência de
dados de período de retorno de 10 anos para a região, ventos máximos da ordem de 34
nós, com coeficiente de segurança no acréscimo da velocidade de vento de projeto de
30%. A velocidade de vento de projeto, então, é adotada como sendo de 47.6 nós, ou
aproximadamente 22.8 m/s, de velocidade de vento atuante em todas as possíveis direções
na região. Na ausência de informações de documento meteoceonográfico da região, a
velocidade de vento de projeto deverá ser a velocidade de vento de contingência do
projeto, a partir da qual medidas deverão ser tomadas para garantia da segurança dos
equipamentos de amarração e dos tripulantes da embarcação atracada.
Como apresentado, a formulação para cálculo das forças de vento consiste,
inicialmente, no cálculo das pressões de vento, que por sua vez são calculadas para cada
componente da área vélica e posteriormente somadas para dar origem à força total de
vento aplicada sobre uma embarcação ou plataforma. Para isso, são determinados
coeficientes de forma da componente da área vélica, Cs, e coeficientes de altura da
componente da área vélica, Ch, para que então os valores de pressão de vento possam ser
calculados com base na equação (1) e os valores de força de vento, Fwind, possam ser
calculados com base na equação (2). Os coeficientes Cs e Ch são tabelados a depender da
forma e altura das componentes de área vélica, e definidos com base nos critérios
apresentados na Tabela 3-1, para o caso dos coeficientes de forma, e na Tabela 3-2 para
54
o caso dos coeficientes de altura. Com base nas informações de tipo de área, altura do
centroide de área e valor de área de cada uma das componentes das áreas vélicas
transversal e longitudinal, os valores de força de vento podem ser calculados para cada
uma das componentes e, posteriormente, somados para dar origem ao valor total de força
de vento atuante transversal e longitudinalmente.
A Tabela 4-5 e a Tabela 4-6 apresentam, respectivamente, os dados utilizados e
os valores encontrados para as forças de vento de cada componente de área levantada e o
total das forças transversal e longitudinal atuantes sobre a embarcação considerando
velocidade de vento de 22.80 m/s incidente transversal e longitudinalmente à embarcação.
Tabela 4-5 – Carga de vento transversal atuante na embarcação
Tabela 4-6 - Carga de vento longitudinal atuante na embarcação
No. Descrição Área [m²] Centroide [m] Cs Ch Pwind [N/m²] Fwind [N]
1 Casco 6972,40 12,00 1,00 1,00 317,10 2210964,93
2 Superestrutura 115,46 37,60 1,00 1,31 415,40 47963,60
3 Módulos popa 354,71 36,31 1,00 1,31 415,40 147347,34
4 Casaria 124,89 30,34 1,00 1,18 374,18 46731,44
5 Módulos SMN 1775,65 38,12 1,00 1,31 415,40 737611,33
6 Proa 250,59 43,11 1,00 1,31 415,40 104097,37
9593,70
3294716,02
335,97FORÇA TOTAL [t]
TOTAL
Transversal
FORÇA TOTAL [N]
No. Descrição Área [m²] Centroide [m] Cs Ch Pwind [N/m²] Fwind [N]
1 Casco 1945,95 20,65 1,00 1,18 374,18 728137,19
2 Superestrutura 522,98 49,30 1,00 1,40 443,94 232171,55
960308,74
97,92TOTAL [t]
TOTAL [N]
Longitudinal
55
4.4 Estimativa de capacidades dos cabeços e linhas de
amarração
A estimativa de necessidade de capacidade dos cabeços do cais e linhas de
amarração da embarcação é realizada com base no arranjo definido na Figura 3-14 e em
adaptação da formulação apresentada na seção 3.5 do presente trabalho. Basicamente,
como se pode observar no arranjo de amarração proposto, não há mais de uma linha
lançante ou mais de uma linha de través ligadas a um mesmo cabeço do cais. Há, para o
caso de alguns cabeços, a chegada de uma linha de través e uma linha lançante. Como,
no entanto, as linhas de través e linhas lançantes são carregadas em diferentes cenários de
incidência ambiental, pode-se considerar então que o carregamento máximo nos cabeços
será referente ao carregamento máximo de uma das linhas, ou de través ou lançante,
ligada a ele.
A referência (18) recomenda utilização de fator de segurança de 2.0 para cabeços
e linhas de amarração. Sendo assim, considera-se para estimativa de capacidade dos
cabeços e linhas de amarração existentes no arranjo de amarração as cargas mais altas
estimadas para as linhas de acordo com formulação apresentada na seção 3.5.
De forma geral, a formulação apresentada na seção 3.5, extraída da referência
(18), fornece método para cálculo das resistências longitudinal e transversal, de popa e de
proa, de arranjos de amarração dados valores relativos à sua geometria (ângulo das linhas
lançantes e de través, ângulos verticais entre os cabeços e os fairleads) e à resistência das
linhas de amarração. As equações (6) e (7) apresentam, respectivamente, formulações
para cálculo das resistências longitudinal e transversal de linhas de amarração de um
arranjo. Como, no caso, trata-se da possibilidade de realizar estimativa quanto ao MBL
das linhas de amarração e MBL dos cabeços do cais, opta-se então por realizar o cálculo
reverso: considera-se os valores de Ry e Rx, resistências transversal e longitudinal do
arranjo de amarração, como sendo os valores de carga de vento calculados na seção 4.3.
Sendo assim, podem ser calculadas então os MBLs necessários às linhas lançantes e de
través de popa e de proa, para que o arranjo tenha resistências longitudinal e transversal
equivalentes aos das cargas máximas de vento atuantes sobre ele de acordo com critérios
existentes nas referências normativas. A referência (18) recomenda que, tanto para o caso
de cálculo de resistências das linhas de proa e de popa, se utilize os valores máximos
calculados para as cargas ambientais, dada a possibilidade de incidência de ventos vindos
56
de diversas direções, em especial de incidências de bochecha ou similares, que venham a
ocasionar carregamento excessivo de linhas em apenas uma das extremidades da
embarcação. Por fim, o fator de segurança de 0.55 aplicado nas formulações da referência
(18) é alterado para fator de 0.50 (2.0) em observância aos critérios definidos na Tabela
3-7.
As equações apresentadas abaixo ilustram os cálculos realizados com base em
adaptação da metodologia de estimativa de resistências longitudinal e transversal,
apresentada na seção 3.5 e com base na referência (18), para estimativa das cargas limite
das linhas de amarração. A equação (8) apresenta estimativa de carga máxima de ruptura
para as linhas de amarração de través, enquanto a equação (9) apresenta estimativa de
carga máxima de ruptura para as linhas lançantes.
𝑀𝐵𝐿𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣 = 𝐹𝑦
0.50∗(∑𝑐𝑜𝑠²𝛼𝑖
𝑙𝑖𝑛𝑖=1 )∗
𝑙𝑐
cos𝛼𝑐∗cos𝜃𝑐
(8)
Onde:
{
𝐹 = 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑀𝐵𝐿 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜
𝛼𝑖 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑖 𝑎 𝑛𝑙𝑖 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑖
𝑙𝑐 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝛼𝑐 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝜃𝑐 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜, 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑖 = í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑒𝑚 𝑟𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
𝑛 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑒𝑟 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
𝑀𝐵𝐿𝑙𝑜𝑛𝑔 = 𝐹𝑥
0.50∗𝑁∗cos𝜃∗cos𝛽 (9)
Onde:
{
𝐹𝑥 = 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑀𝐵𝐿 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑎çã𝑜
𝛽 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝛽 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
𝜃 = Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝜃 𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑁 = 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
Os dados de ângulos horizontal, vertical e comprimentos das linhas são extraídos
do desenho do arranjo de amarração proposto. Os comprimentos internos ao navio,
57
linboard, usualmente considerados como as distâncias entre as buzinas da embarcação e
os guinchos utilizados para tensionamento das linhas de amarração, são aproximados
como 15.0 metros para todas as linhas de amarração envolvidas no arranjo. Por fim, são
realizados os cálculos das formulações existentes nas equações (8) e (9) e necessárias para
cálculo do MBL das linhas de amarração, de forma similar à realizada na referência (18)
e explicitada na Figura 3-15 do presente trabalho.
O MBL requerido para as linhas de amarração é calculado, então para cada um dos
grupos definidos como: resistência transversal na proa, resistência transversal na popa,
resistência longitudinal na proa e resistência longitudinal na popa. As tabelas abaixo
compilam os dados levantados e calculados para obtenção dos valores de MBL requerido.
Tabela 4-7 – Cálculos para grupo de linhas de través na popa
Tabela 4-8 - Cálculos para grupo de linhas de través na proa
Tabela 4-9 - Cálculos para grupo de linhas lançantes de popa
Tabela 4-10 - Cálculos para grupo de linhas lançantes de proa
Linha α [°] β [°] Lext [m] Lint [m] L [m] θ [°] cos θ cos α / cos β (cos α)/L (cos² α)/L
1 24,00 - 27,740 15,000 42,740 30,904 0,858 0,914 0,021 0,020
2 4,00 - 21,020 15,000 36,020 37,330 0,795 0,998 0,028 0,028
3 10,00 - 12,780 15,000 27,780 51,780 0,619 0,985 0,035 0,035
4 20,00 - 12,160 15,000 27,160 52,224 0,613 0,940 0,035 0,033
5 17,00 - 11,780 15,000 26,780 52,674 0,606 0,956 0,036 0,034
6 19,00 - 11,920 15,000 26,920 52,674 0,606 0,946 0,035 0,033
8* 15,00 - 11,680 15,000 26,680 52,674 0,606 0,966 0,036 0,035
10 20,00 - 12,040 15,000 27,040 52,674 0,606 0,940 0,035 0,033
0,250
Través popa
SOMA
Linha α [°] β [°] Lext [m] Lint [m] L [m] θ [°] cos θ cos α / cos β (cos α)/L (cos² α)/L
13* 15,00 - 11,660 15,000 26,660 52,674 0,606 0,966 0,036 0,035
14 25,00 - 12,350 15,000 27,350 52,674 0,606 0,906 0,033 0,030
15 19,00 - 12,060 15,000 27,060 52,674 0,606 0,946 0,035 0,033
16 17,00 - 11,770 15,000 26,770 52,674 0,606 0,956 0,036 0,034
17 25,00 - 12,640 15,000 27,640 52,674 0,606 0,906 0,033 0,030
18 13,00 - 12,920 15,000 27,920 51,780 0,619 0,974 0,035 0,034
19 1,00 - 21,990 15,000 36,990 36,052 0,808 1,000 0,027 0,027
20 23,00 - 31,960 15,000 46,960 26,968 0,891 0,921 0,020 0,018
0,241SOMA
Través proa
Linha α [°] β [°] Lext [m] Lint [m] L [m] θ [°] cos θ cos α / cos β
9 - 7,00 90,400 15,000 105,400 52,674 0,606 0,993
12 - 6,00 91,310 15,000 106,310 52,674 0,606 0,995Lançante popa
Linha α [°] β [°] Lext [m] Lint [m] L [m] θ [°] cos θ cos α / cos β
10 - 7,00 92,290 15,000 107,290 52,674 0,606 0,993
11 - 7,00 89,940 15,000 104,940 52,674 0,606 0,993Lançante proa
58
Os valores calculados para o MBL de cada um dos casos, então, são resumidos na
Tabela 4-11.
Tabela 4-11 – Valores de MBL requerido para as linhas de amarração
Como os cálculos são realizados com base em formulação que já contempla fator
de segurança de 2.0 para cálculo das tensões atuantes sobre as linhas de amarração,
considera-se então que o MBL aproximado das linhas de amarração deverá ser,
consideradas as premissas adotadas, de 167.0 toneladas ou superior. De posse do material
das linhas de amarração a serem utilizadas e de catálogo de linhas de amarração náuticas,
pode-se selecionar linhas de amarração de MBL igual ou superior ao valor calculado.
Da mesma forma, considerando que no arranjo de amarração proposto na Figura
4-2 não há cabeços que possuam ligadas a ele mais de uma linha de amarração de cada
tipo utilizado (lançantes ou de través), como já dito anteriormente, pode-se considerar
que os cabeços de amarração deverão possuir valor de MBL mínimo correspondente ao
MBL requerido para as linhas de amarração. Isto ocorre também devido ao fato de que o
fator de segurança recomendado para carga sobre os cabeços, de acordo com a referência
(18), é igual ao fator de segurança recomendado para o caso de tensões em linhas de
amarração. Os cabeços, para o caso estudado, deverão possuir capacidade mínima, em
termos de carga segura de trabalho, de 167.0 toneladas-força.
4.5 Estimativa de cargas sobre as defensas
Como já explicitado na seção 3 do presente trabalho, a referência (19) apresenta
formulação para estimativa de cargas sobre as defensas de um cais considerando
MBL [t]
Resultados
162,71
162,55
160,76
166,59
No.
Resistência longitudinal - Proa
Resistência longitudinal - Popa
Resistência transversal - Proa
Resistência transversal - Popa
59
formulações para energias envolvidas em eventuais impactos. Neste caso, as defensas são
projetadas para suportar impacto da embarcação quando esta é jogada contra o cais, seja
durante sua chegada ao local de amarração ou durante a sua estadia.
Para isso, a estimativa de energia de impacto considera a massa da embarcação e
sua velocidade no momento do impacto contra as defensas do cais. As velocidades típicas
utilizadas para projeto de defensas marítimas são dadas na referência (19) e expostas na
Tabela 4-12.
Tabela 4-12 - Velocidades de aproximação para projeto de defensas marítimas
A equação utilizada, então, para determinação da energia de impacto a ser
absorvida pela defensa dos cais, de acordo com formulação da referência (19), consiste
no cálculo da energia de impacto a ser absorvida por um total de 12 (doze) defensas
marítimas, referentes às defensas marítimas que estarão em contato com a embarcação de
acordo com arranjo proposto na Figura 4-2. A equação (10) ilustra a formulação utilizada.
𝐸𝑑/𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎 = 𝑐∗𝑀∗𝑣𝑝²
2∗𝑁 (10)
Onde:
{
𝐸𝑑 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎 𝑐 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢çã𝑜
𝑀 = 𝐷𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 𝑒𝑚 𝑢. 𝑡.𝑚𝑣𝑝 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 𝑑𝑜 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑜 𝑐𝑎𝑖𝑠 𝑒𝑚 𝑚/𝑠𝑁 = 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜
O valor da energia de impacto a ser absorvida por defensa, então, é calculado
como sendo, para coeficiente de redução 1.0, doze defensas resistindo à energia de
impacto, embarcação com deslocamento descrito na Tabela 4-2 e velocidade de avanço
adotada como 0.40 m/s, e é de 120.37 toneladas-força de resistência para cada defensa do
Moderado
Forte
Forte
0,10
0,15
0,20
0,30
0,40
Condições de
vento
Condições de
aproximação
Velocidade normal
ao cais [m/s]
Favoráveis
Difíceis
Favoráveis
Moderadas
Difíceis
Protegido
Protegido
60
cais. Ressalta-se que se trata de formulação conservadora, adotada para estimativa
preliminar e projeto de defensas de cais.
𝐸𝑑
𝑑𝑒𝑓𝑒𝑛𝑠𝑎= 1.0 ∗ 18055.05 ∗ 0.402
2 ∗ 12 = 120.37 𝑡𝑓
61
5 CONCLUSÕES
O presente trabalho possui como objetivo principal a apresentação de guia prático
das operações de atracação, desatracação e amarração de embarcações de grande porte,
como embarcações do tipo FPSO, em cais de estaleiros e portos capazes de recebe-las, e
todas as consequências deste recebimento: a estimativa das capacidades dos
equipamentos de amarração do estaleiro, como defensas do cais, cabeços e linhas de
amarração a serem utilizadas, bem como apresenta procedimentos padrões de operações
de atracação e desatracação com base nas referências normativas existentes e advindas
das autoridades marítimas brasileiras.
Os métodos para estimativa de capacidades de cabeços, linhas de amarração e
defensas do cais, respectivamente adaptados das referências (18) e (19), embora
conservadores e com determinadas simplificações, fornecem valores considerados
razoáveis e dentro das capacidades usualmente requeridas para projetos deste tipo. Além
disso, apresentam certa flexibilidade de aplicação dadas alterações nos arranjos das linhas
de amarração e dos cabeços do cais de atracação. O método apresentado, no entanto,
constitui-se de diversas aproximações e premissas adotadas, e não fornece parâmetros
importantes para análises de arranjos de amarração, como determinação das cargas sobre
as linhas para diferentes incidências ambientais, cargas sobre as defensas para cada caso,
análise de redundância de arranjos de amarração e outros requisitos normativos utilizados
para análises de amarração, restringindo-se somente à estimativa de capacidade dos
equipamentos do cais envolvidos em um arranjo.
O trabalho fornece, também, visões gerais quanto às operações de atracação e
desatracação de embarcações em dependências de estaleiros ou portos, em especial para
o caso de embarcações do tipo FPSO a serem atracadas por outro bordo para instalação
de módulos de topside. Neste caso, as operações descritas possuem eco na realidade,
considerando recomendações normativas e práticas usuais de operação utilizando
embarcações rebocadoras.
62
6 REFERÊNCIAS
1. Montenegro, João. Brasil tem quase um quarto de sondas e plataformas paradas.
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