UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

DOCAGEM EM ESTALEIRO DE PEQUENO PORTE

PHILIPE FERNANDES DOS SANTOS

RIO DE JANEIRO

2019

ii

DOCAGEM EM ESTALEIRO DE PEQUENO PORTE

Philipe Fernandes dos Santos

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 Cecília Tapia

Reyes

Rio de Janeiro

Fevereiro 2020

iii

DOCAGEM EM ESTALEIRO DE PEQUENO PORTE

Philipe Fernandes dos Santos

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.

Examinado por:

__________________________________

Prof. Alexandre Teixeira de Pinho Alho

___________________________________

Prof. José Márcio do Amaral Vasconcellos

___________________________________

Eng. Isaias Quaresma Masetti

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

FEVEREIRO 2020

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Santos, Philipe Fernandes dos Docagem em Estaleiro de Pequeno Porte/ Philipe Fernandes dos

Santos. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2020. X, 38 p.: il.; 29,7 cm. Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de

Engenharia Nava e Oceânica, 2020. Referências Bibliográficas: p. 38 1.Reparo Naval 2.Docagem 3.Estaleiro de Pequeno Porte.

4.Operacionalidade I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Docagem em Estaleiro de Pequeno Porte.

v

DEDICATÓRIA

Dedico aos meus pais pelo

incondicional apoio às minhas decisões

ao longo desses anos e por colocarem

meus pés no chão quando necessário.

À minha fiel e amada companheira

Isabele por me acompanhar, lado a lado,

ao longo de muitas jornadas e jamais

desacreditar dos meus objetivos.

Ao meu querido irmão pelo

incansável apoio, conselhos e por servir

de maior inspiração em meu desejo por

me tornar engenheiro.

vi

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus amados pais por todo suporte incondicional, dentro do

possível e do impossível, desde meus primeiros anos de vida até hoje e, sem dúvidas,

no futuro, sempre visando o melhor para todas as esferas da minha vida, tentando me

guiar para os caminhos menos tortuosos à minha completitude pessoal e profissional.

Especial agradecimento à minha companheira, Isabele, por me ajudar a

enfrentar os adversos obstáculos, durante as mais importantes e difíceis fases da

minha vida, ao longo dos últimos 12 anos.

Ao meu irmão que, após a distância física, se tornou ainda mais próximo

mentalmente, prestando todo apoio e oferecendo incansáveis conselhos.

Aos meus queridos e amados sogros, Eduardo e Claudia, por se colocarem

em minha vida como segundos pais, dando amparo o emocional quando precisei,

apoiando e acreditando nas decisões tomei, ajudando profissionalmente e, inclusive,

me aconselhando e repreendendo quando necessário.

Aos colegas de curso da Engenharia Naval pelas impagáveis ajudas ao longo

da graduação. Sem isso o caminho seria muito mais difícil e demora.

Aos colegas de Engenharia Elétrica que, apesar de não mais terem feito parte

do meu caminho acadêmico, foram essenciais para momentos de descontração alívio

da carga emocional da graduação.

Aos que me deram oportunidades profissionais ao longo da graduação e

permitiram tão deseja experiência e um impagável crescimento profissional.

vii

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

parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e

Oceânico.

Docagem em Estaleiro de Pequeno Porte

Philipe Fernandes dos Santos

Fevereiro/2020

Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Docagens, independentemente do método, são operações inevitavelmente

presentes no cenário da indústria naval ao redor do mundo, seja para atividades de

reparo, manutenção ou construção de estruturas inteiramente ou parcialmente novas.

Isto faz com que tornem-se algo de extrema importância para qualquer empresa do

ramo, seja ela de pequeno, médio ou grande porte, porém, detentora de embarcações

próprias ou afretadas.

Visando o panorama citado, esse Projeto de Graduação realiza um estudo

detalhado a respeito da viabilidade operacional de um sistema de docagem em

carreira e utilizará como modelo um já existente, localizado na base marítima da

empresa de pequeno porte “Locar Guindastes e Transportes Intermodais”. Contudo,

a análise feita e as soluções podem ser aplicadas a qualquer sistema do mesmo tipo.

A empresa modelo possui uma frota marítima própria, constituída por balsas e

embarcações de apoio, entretanto, este estudo tem como objetivo mostrar a

viabilidade da docagem da maior embarcação presente em sua frota marítima, cujo

cenário apresenta-se como o mais crítico.

São abordados e analisados os fatores de influência direta e indireta que

viabilizam a operação de docagem na carreira. Fatores como movimento das marés,

posicionamento da embarcação, dimensionamento dos equipamentos necessários e

disposição espacial nos arredores da estrutura da carreira. Ademais, também são

viii

estudadas soluções operacionais e no sistema mecânico, a fim de viabilizar e/ou

facilitar a docagem.

Palavras-chave: Reparo Naval, Docagem, Estaleiro de Pequeno Porte, Operacionalidade.

ix

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

the requirements for the degree of Nava and Oceanic Engineering.

Docking in Small Size Shipyard

Philipe Fernandes dos Santos

February/2020

Advisor: Marta Cecilia Tapia Reyes

Graduation: Naval and Oceanic Engineering

Docking, regardless the method, are inevitably present in the naval industry

scenario around the world for repairing activities, maintenance or even the construction

of whole or partial brand-new structures. This turns it into something extremely

important for any company of the naval industry, be it small, medium or large, however,

owner of own or charted vessels.

Aiming the aforementioned panorama, the present Graduation Project conducts

a study regarding the operational feasibility of a career docking system and a, existing

one, constructed on the maritime base of the small size company “Locar Guindastes e

Transportes Intermodais”, will be used as a model. However, the analysis and the

solutions can be applied to any system of this type.

The company owns an own maritime fleet, consisting of barges and support

vessels. However, this study aims to show the feasibility of docking the largest vessel

present it its fleet, whose scenario presents itself as the most critical.

Factors of direct and indirect influence, that enable the docking operation in the

career, are approached and analyzed. Factors like tides movements, the vessel

positioning, dimensioning of the necessary equipments and spatial layout in the

surroundings of the career structure. In addition, operational and mechanic system

solutions are also studied in order to turn viable and/or facilitate the docking.

Keywords: Ship Repair, Docking, Small Size Shipyard, Operability.

x

ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................1 

2. DOCAGEM EM CARREIRAS ..............................................................................3 

2.1  POSSIBILIDADES DE DOCAGEM EM CARREIRA .....................3 

3. ANÁLISE DO PROJETO DA CARREIRA ............................................................10 

3.1  DISPOSIÇÃO ESPACIAL DO LOCAL ..........................................10 

4. A INFLUÊNCIA DO MOVIMENTO DAS MARÉS NA OPERAÇÃO .....................17 

4.1  ESTUDO DA MARÉ LOCAL .........................................................17 

5. PROCEDIMENTO DE SUBIDA/DESCIDA DA EMBARCAÇÃO NA CARREIRA 22 

5.1  SELEÇÃO DO GUINCHO .............................................................22 

5.2  SISTEMA DE CADERNAL ............................................................31 

6. POSICIONAMENTO DA BALSA .........................................................................35 

7. CONCLUSÃO ......................................................................................................37 

8. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................38 

xi

LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Picadeiros sobre um carrinho e sob uma embarcação docada .................. 4 

Figura 2 - Vista superior de um carrinho ..................................................................... 5 

Figura 3 - Imagem de uma parte da estrutura de um carrinho .................................... 5 

Figura 4 - Vista superior de uma carreira com vigas de aço, paralelas, para balsas de

fundo chato .................................................................................................................. 7 

Figura 5 - Vista superior de uma carreira com vigas de concreto armado, paralelas,

para balsas de fundo chato e trilho para embarcações de fundo convencional, com

utilização de carrinho .................................................................................................. 7 

Figura 6 - Exemplo de olhal na linha de centro, para passagem do cabo ................... 8 

Figura 7 - Vista superior da região delimitada para carreira ...................................... 11 

Figura 8 - Modelo bidimensional na vista frontal da carreira com a balsa na posição

final ............................................................................................................................ 12 

Figura 9 - Vista tridimensional da região da carreira ................................................. 13 

Figura 10 - Dimensões principais das plataformas de lança articulada modelos JLG-

600A e 600AJ ............................................................................................................ 14 

Figura 11 - Dimensões principais do maior modelo de andaime da empresa Portátil

Andaimes e Escoramentos........................................................................................ 14 

Figura 12 - Modelo bidimensional da vista lateral da carreira com a balsa docada de

proa ........................................................................................................................... 16 

Figura 13 - Modelo bidimensional da vista lateral da carreira com a balsa docada de

popa .......................................................................................................................... 16 

Figura 14 - Estudo batimétrico da região próxima à rampa de acesso à carreira ..... 18 

Figura 15 - Vista lateral da região de acesso à carreira, com os níveis dos principais

referenciais de maré .................................................................................................. 19 

Figura 16 - Dados sobre a condição de carregamento para a embarcação leve (todos

os tanques sem carga), obtidos através do Folheto de Trim e Estabilidade ............. 20 

Figura 17 - Dados sobre a condição da embarcação em peso leve, obtidos através do

Folheto de Trim e Estabilidade .................................................................................. 21 

Figura 18 - Imagem do modelo de guincho que será utilizado (HTM 80 toneladas) . 23 

Figura 19 - Da esquerda para a direita: vista superior da base do guincho; vista lateral

do guincho; vista superior do guincho ....................................................................... 24 

Figura 20 - Especificações do guincho que será utilizado (HTM 80 toneladas) ........ 25 

Figura 23 - Esquematização do diagrama de blocos simulando a balsa no plano

xii

inclinado da carreira .................................................................................................. 26 

Figura 24 - Imagem da Regra da DNV “DNV-GL ST N001”, com a tabela de

coeficientes de atrito mais usuais .............................................................................. 27 

Figura 21 - Catálogo de cabos de aço da classe 6x71 com alma de aço, da empresa

CIMAF (com destaque para o cabo selecionado) ..................................................... 29 

Figura 22 - Referencial dos elementos do carretel do guincho, utilizados na planilha

.................................................................................................................................. 30 

Figura 25 - Ilustração de um moitão/cadernal com 2 (duas) polias móveis e 2 (duas)

polias fixas ................................................................................................................. 32 

Figura 26 - Sistema de moitão/cadernal com 10 Polias Móveis e 10 Polias Fixas .... 33 

Figura 27: Detalhamento das polias móveis do moitão/cadernal .............................. 34 

Figura 28 - Modelo bidimensional da vista frontal da carreira, com a balsa na posição

final, casando seus principais elementos estruturais longitudinais ............................ 35 

xiii

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Dados de entrada para cálculos de tensão em cada camada de cabo do

carretel do guincho .................................................................................................... 30 

Tabela 2 - Tensão em cada camada de cabo do carretel do guincho ....................... 31 

1

1. INTRODUÇÃO

O procedimento de docagem consiste em colocar o casco da embarcação “em

seco” para realização de reparos simples ou emergenciais, manutenções,

modificações ou quaisquer serviços que exijam a retirada da embarcação da água.

Estes procedimentos podem ser realizados em diques secos, diques flutuantes ou

carreiras, e visam garantir a operacionalidade segura das embarcações, além de

serem obrigatórios a cada ciclo de vida da mesma, para que sejam emitidos ou

renovados diversos tipos de certificados.

O ciclo de vida da embarcação é completado a cada 5 anos, e a emissão de

certificados é um dos requisitos indispensáveis para que possa operar de forma legal

e assegurada. Tanto o seguro quanto os certificados são de suma importância para

que seja garantida a confiabilidade da embarcação perante contratantes de serviços,

afretadores e companhias de seguro envolvidas em operações pontuais.

Contudo, docagens, independentemente do modo como são realizadas (diques

secos, diques flutuantes, carreiras, dentre outros), são demasiadamente onerosas

para a empresa. O custo de uma simples diária para a embarcação docada,

desconsiderando serviços a serem realizados, atinge, facilmente, altas cifras, da

ordem de dezenas de milhares de reais, além de ser um serviço sujeito à

disponibilidade de espaço dentro do período desejado. Por este motivo, a

disponibilidade de um sistema próprio pode reduzir, de forma substancial, os custos

da empresa, além de permitir a oferta do serviço a terceiros, tornando-se um gerador

de receita.

Visando a significativa facilidade logística e, consequentemente financeira, com

docagens eventuais de reparos e/ou obrigatórias, o estudo a seguir abordará a

viabilidade operacional de um sistema próprio de docagem em carreira de uma

empresa com frota de embarcações próprias. Para isso, utilizará a empresa Locar

Guindastes e Transportes Intermodais como modelo de análise das diversas etapas,

pois a mesma possui já construída toda parte estrutural de uma carreira, porém,

inativa devido à falta de estudos operacionais.

Devido a isso, objetivo deste trabalho é realizar um estudo a fim demonstrar a

viabilidade operacional do sistema para sua operação mais crítica, dentro do

panorama desta empresa: a docagem da maior embarcação disponível em sua frota.

2

Esta embarcação possui dimensões de 75 metros de comprimento, 25 metros de boca

e 4,85 metros de pontal.

Este projeto destinar-se-á a adentrar, de forma elucidada, nos fatores de

influência direta e indireta que viabilizam a operação na carreira, podendo ser

analogamente aplicado à qualquer sistema do mesmo tipo.

Serão abordados os seguintes tópicos:

Disposição espacial nos arredores da carreira e possíveis interferências;

Influência do movimento das marés no calado da região, a fim de evitar

encalhe ou possíveis danos à estrutura da balsa;

Procedimento de subida e descida da balsa na carreira, bem como seu

posicionamento;

Soluções operacionais para docagem da balsa;

Dimensionamento dos equipamentos e seus acessórios;

Soluções para o sistema mecânico, com os equipamentos e acessórios;

3

2. DOCAGEM EM CARREIRAS

Carreiras são estruturas construídas sobre planos inclinados, que saem da

água para terra. Possuem uma rampa e estruturas em formato de vigas paralelas, que

servem de trilhos por onde desliza a embarcação ou um carrinho com uma

embarcação em cima, durante o procedimento de subida ou descida da carreira.

A docagem consiste na retirada da embarcação da água e, no sistema de uma

carreira, o método de retirada apresenta uma pequena diferença para dois grupos de

embarcação, devido ao formato do casco: fundo chato e casco tradicional de fundo

quinado.

No decorrer deste tópico, serão explicadas, brevemente, as peculiaridades

deste sistema específico para os dois grupos supracitados, e será aprofundado para

o caso embarcação de maiores dimensões, disponível na empresa que será utilizada

como modelo: uma balsa de fundo chato.

2.1 POSSIBILIDADES DE DOCAGEM EM CARREIRA

Como mencionado anteriormente, existem, basicamente, duas formas de

docagem em carreiras, que diferem, basicamente, devido ao formato do casco da

embarcação. Para o caso de embarcações com casco tradicional, de fundo quinado,

são necessários picadeiros (utilizados para apoiar a embarcação, e evitar seu

tombamento, e para não avariar o fundo da mesma), que são posicionados sobre um

carrinho, de forma a coincidir com os principais elementos estruturais da embarcação

para evitar avarias ao casco e/ou à estrutura.

4

Na Figura 1, pode-se observar os picadeiros devidamente posicionados para

que seja iniciada a docagem da embarcação.

Figura 1 - Picadeiros sobre um carrinho e sob uma embarcação docada

O carrinho é uma estrutura plana, construída com vigas de aço, que desliza

sobre trilhos e/ou outras vigas. O mesmo dispõe de um ponto de amarração em sua

extremidade (geralmente na linha de centro), por onde passa o cabo que será

tracionado por um guincho, localizado no topo da carreira, e realizará a subida/descida

do carrinho no plano inclinado. No carrinho são posicionados os picadeiros que

servirão de suporte para a embarcação a ser docada.

5

Na Figura 2 abaixo, é ilustrada vista superior de um modelo típico de carrinho

usado em carreiras. Já na Figura 3 temos a imagem de uma parte da estrutura de um

carrinho já construído.

Figura 2 - Vista superior de um carrinho

Figura 3 - Imagem de uma parte da estrutura de um carrinho

6

O procedimento, para este primeiro caso, pode ser suscintamente resumido

nas seguintes etapas:

Um cabo é amarrado numa posição pré-definida do carrinho (à vante e, geralmente, na linha de centro);

Ainda flutuando, a embarcação é posicionada sobre o carrinho, com os picadeiros devidamente posicionados;

Um guincho, localizado na extremidade superior da carreira, traciona o cabo, através de um sistema de polias em arranjo de moitão (cadernal), e inicia o processo de subida da balsa no plano inclinado da carreira;

Após atingir a altura necessária na carreira, o carrinho e o guincho são travados para que, então, podem ser iniciados os procedimentos de manutenção/vistoria/reparo;

Finalizado(s) o(s) procedimento(s), o guincho alivia, lentamente, a tensão do cabo para que o carrinho deslize ao longo no plano inclinado da carreira, até que a embarcação esteja completamente na água e flutuando;

Para caso de embarcações com casco de fundo chato (balsas, por exemplo), o

procedimento é similar, porém, sem a utilização do carrinho. Neste caso, vigas

paralelas (aço, concreto armado ou combinação dos dois) acompanham o plano

inclinado da carreira, no sentido longitudinal, até a água. Ao invés de ser posicionada

sobre carrinhos com picadeiros, a embarcação de fundo chato é posicionada sobre

tábuas de madeira localizadas sobre as vigas da carreira, de forma a coincidir seus

principais elementos estruturais longitudinais (longarinas) com estas vigas, apoiando-

se da mesma forma como feito em embarcações que utilizam o sistema de carrinho e

picadeiros. A finalidade das tábuas de madeira é permitir o deslizamento da

embarcação sobre as vigas, sem avarias a ambos.

7

Figura 4 - Vista superior de uma carreira com vigas de aço, paralelas, para balsas de

fundo chato

Figura 5 - Vista superior de uma carreira com vigas de concreto armado, paralelas, para

balsas de fundo chato e trilho para embarcações de fundo convencional, com utilização de carrinho

8

O procedimento, para este segundo caso, pode ser suscintamente resumido

nas seguintes etapas:

Um cabo é amarrado em um olhal, numa posição pré-definida na extremidade longitudinal de vante ou de ré (geralmente, na linha de centro);

Figura 6 - Exemplo de olhal na linha de centro, para passagem do cabo

Ainda flutuando, a embarcação é posicionada sobre as vigas da carreira, com as tábuas devidamente posicionadas entre eles;

Um guincho, localizado na extremidade superior da carreira, traciona o cabo, através de um sistema de polias em arranjo de moitão (cadernal), e inicia o processo de subida da balsa, sobre as vigas, no plano inclinado da carreira;

Após atingir a altura necessária na carreira, a balsa e o guincho são travados para que, então, possam ser iniciados os procedimentos de manutenção/vistoria/reparo;

9

Finalizado(s) o(s) procedimento(s), o guincho alivia, lentamente, a tensão do cabo para que a balsa deslize ao longo das vigas até que a embarcação esteja completamente na água e flutuando;

O sistema de carreira analisado ao longo deste trabalho oferece a alternativa

de docagem para os dois grupos supracitados (carrinho e sobre vigas), o que abre a

possibilidade de trabalhar com embarcações de fundo chato ou tradicional quinado.

No entanto, como desejamos analisar o cenário mais extremo dentro do panorama da

empresa, será estudado o caso da balsa com fundo chato e dimensões 75m x 25m x

4,85m (comprimento, boca e pontal, respectivamente).

10

3. ANÁLISE DO PROJETO DA CARREIRA

Como citado em tópico anterior, a carreira utilizada como modelo para

exemplificar o presente estudo localiza-se na empresa Locar Guindastes e

Transportes Intermodais, que possui sua base marítima no bairro da Ribeira, na Ilha

do Governador – RJ, Brasil.

Para que este tipo de sistema tenha a maior utilidade possível, dentro das

demandas necessárias, deve atender qualquer uma das embarcações da frota.

Devido a isso, a análise aqui apresentada será direcionada à maior delas, disponível

na frota em questão, utilizada como modelo: uma balsa de fundo chato com 75 metros

de comprimento, 25 metros de largura e 4,85 de pontal.

Este tópico tem como objetivo estudar a disposição espacial no entorno do

sistema, bem como as dificuldades operacionais devido à possíveis interferências

durante realização da subida/descida da embarcação e as limitações de espaço no

entorno.

3.1 DISPOSIÇÃO ESPACIAL DO LOCAL

A empresa possui uma logística de operação que envolve grande trânsito de

funcionários, equipamento e movimentações de carga em baixas alturas ou mais

altas, através da utilização de guindastes. A carreira objeto de análise tem como

objetivo principal atender as demandas de docagem de todas as embarcações da frota

da empresa, principalmente para casos emergenciais de avaria ou janelas de vistoria,

sem que haja qualquer interferência com construções próximas ou atrapalhe a

logística de operação.

Um dos principais fatores que podem limitar ou até mesmo inviabilizar a

operacionalidade de uma carreira é a disposição espacial em seu entorno, pois deve

haver espaço suficiente não apenas para o trânsito de pessoas e equipamentos em

sim, mas de forma satisfatória e segura.

A região da empresa utilizada como modelo dispõe de uma área total de,

aproximadamente, 12.000 metros quadrados e quase 250 metros de extensão

costeira. Entretanto, apenas cerca 25 metros dessa extensão costeira é destinada à

região da carreira, pois o restante é estritamente utilizado para a atracação das

embarcações, devido ao posicionamento estratégico próximo ao pátio de

11

movimentação de carga, o que torna a logística menos trabalhosa.

O principal fator limitante, como citado anteriormente, é o espaço disponível

para utilização do sistema. Na imagem de satélite abaixo, está destacado, em

vermelho, a região onde se encontra a estrutura e o espaço de operação da carreira.

Como podemos observar, as dimensões da rampa são de, aproximadamente, 58

metros de comprimento, 17 metros de largura e a entrada suporta embarcações com

até 25 metros de boca.

Na Figura 7, temos a imagem de satélite da área total, como destaque para a

região da carreira e do galpão construído ao lado.

Figura 7 - Vista superior da região delimitada para carreira

O limitante de largura máxima da embarcação (boca) se dá devido a dois

fatores: a interferência com construções no perímetro da carreira e a necessidade de

espaço para trânsito de pessoas e equipamentos. Como podemos observar na

imagem acima, existe um galpão muito próximo à carreira, que limita a boca máxima

12

seja por motivos operacionais (trânsito de funcionários e/ou equipamentos) ou

interações diretas com essas construções.

Abaixo temos um modelo bidimensional da vista frontal que melhor ilustra as

distâncias, em metros, entre as colunas estruturais da carreira, a balsa utilizada como

exemplo a ser docada, devidamente na posição final, e o galpão.

Figura 8 - Modelo bidimensional na vista frontal da carreira com a balsa na posição

final

As distâncias são medidas em metros e, como pode ser observado, é

necessária a demarcação de um caminho seguro, para trânsito de pessoas, com 1

metro de largura. Este caminho tem como finalidade a circulação de pessoas de forma

segura, fora do risco de acidentes devido as operações e também serve como rota de

fuga em eventuais emergências, portanto, é terminantemente proibida qualquer

interferência ou obstrução.

Entre a extremidade lateral da balsa e o caminho seguro, existe um espaço livre

de 3,66 metros, que pode ser destinado à atividade de manutenção da balsa (trânsito

de plataformas com lança arituclada ou eventual instação de andaimes) bem como a

circulação de equipamentos e funcionários, devido à logistica da empresa.

13

Abaixo, também temos uma das vistas do modelo tridimensional, a fim de gerar

melhor compreensão da geometria espacial da região.

Figura 9 - Vista tridimensional da região da carreira

Afim de ilustrar dois possíveis cenários e demonstrar o limite máximo de boca

que uma embarcação pode ter, caso seja docada neste sistema, abaixo temos as

dimensões de uma plataforma de lança articulada (modelos JLG-600A ou 600AJ,

muito utilizados nestas ocasiões) e um andaime (maior modelo disponível no catálogo

da empresa Portátil Andaimes e Escoramentos), ambos de vista lateral, como

estariam posicionadas no local, entre a balsa e o galpão.

14

Figura 10 - Dimensões principais das plataformas de lança articulada modelos JLG-600A e 600AJ

Figura 11 - Dimensões principais do maior modelo de andaime da empresa Portátil Andaimes e Escoramentos

15

Os dois modelos de plataforma possuem 2,49 metros de largura cada e o

andaime 1,5 metros. Como podemos observar, a largura de todos os equipamentos

apresentrados cabem, com ampla margem, no espaço entre o caminho seguro e a

extremidade da balsa.

Após a análise feita acima, é fácil observar que, neste sistema, não podem

haver docanegens de embarcações que excedam 27 metros de boca, pois acarretaria

em uma interferência com o braço da plataforma de lança articulada ou com o andaime

e a área de circulação. Importante ressaltar que este estudo de disposição espacial

pode ser realizado em qualquer estaleiro cuja disponilidade de espaço devido à

possíveis interferências seja um fator limitante.

No caso da outra extremidade lateral da balsa, não há interferências com

construções ou circulação de pessoas e/ou equipamentos pois a área é uma parte

vazia do pátio, portanto, não há necessidade de análise detalhada desta região.

Porém, caso houvesse qualquer possível interferência, o procedimento seria o

mesmo.

Já a dimensão longitudinal (comprimento) da maior balsa disponível não é um

impeditivo para que seja efetuada a docagem, entretanto, exige uma atenção especial

na operação de subida/descida da mesma na carreira, pois, conforme apresentado

anteriormente, a carreira apresenta cerca de 58 metros de comprimento enquanto a

balsa possui 75 metros.

Este problema é contornado realizando a docagem em 2 etapas:

1ª Etapa – é feita a docagem mantendo-se parte da balsa à ré ou à vante na água, enquanto é feito o procedimento na outra parte;

2ª Etapa – retira-se a balsa da carreira, efetua-se um giro de 180º e coloca-se, novamente, a balsa na carreira para que sejam realizados os procedimentos na outra metade de vante ou ré que havia permanecido na água;

16

Abaixo podemos ilustrar os procedimento supracitados, em uma vista lateral:

Figura 12 - Modelo bidimensional da vista lateral da carreira com a balsa docada de proa

Figura 13 - Modelo bidimensional da vista lateral da carreira com a balsa docada de popa

As distâcias delimitadas nas duas imagens acima referem-se ao comprimento

do fundo e costado da balsa, na região efetivamente docada em cada etapa. No

primeiro caso, cerca de 44,55 metros da balsa encontram-se apoiados sobre as vigas

de concreto na parte seca e no segundo caso, após girada a balsa, cerca de 35,66

metros se encontram em seco. Já o convés e o interior dos tanques podem ser

tratados em qualquer um das etapas, pois permanecem acessíveis durante qualquer

etapa.

17

4. A INFLUÊNCIA DO MOVIMENTO DAS MARÉS NA OPERAÇÃO

O movimento das marés é um fator de grande influência durante qualquer

procedimento de docagem num sistema de carreira, pois altera muito o calado da

região, podendo tornar a operação menos segura e, em casos mais extremos, até

operacionalmente e logisticamente inviável. Portanto, torna-se um ponto muito

importante e que será analisado no decorrer deste tópico.

A fim de minimizar os esforços nas estruturas da carreira e da balsa, e,

consequentemente, proporcionando maior segurança à operação, a maré mais alta

da região torna-se vantajosa, pois permite o posicionamento da balsa sobre as vigas

da carreira, o que pode ser impossível em algumas marés baixas.

Outro fator de extrema importância, que atua em conjunto com o estudo das

marés, são os dados mais detalhados da própria embarcação a ser docada, como,

por exemplo, a condição de carregamento no momento da operação. Estes dados

podem ser obtidos através de um estudo de estabilidade para uma condição

específica ou consultando-se o Folheto de Trim e Estabilidade. Como, em maior parte

dos casos, a docagem é realizada com a embarcação em condição de peso leve, o

Folheto de Trim e Estabilidade fornece todos os dados necessários.

4.1 ESTUDO DA MARÉ LOCAL

Para que seja realizado o procedimento de docagem em carreiras, é de suma

importância o estudo da maré local, pois fornecerá informações sobre a profundidade

do mar na região, que será um dos fatores viabilizadores da operação.

A imagem abaixo representa um estudo batimétrico detalhado e atualizado,

datado de 2019, realizado pela empresa “Datum Serviços Hidrográficos Ltda.”, que

apresenta todas as profundidades da região onde se localiza a carreira que está sendo

utilizada para análise.

Vale ressaltar que as profundidades medidas são reduzidas ao nível de

redução da DHN (Diretoria de Hidrografia e Navegação – Marinha do Brasil) para a

estação Ponta da Armação, ou seja, são reduzidas ao nível que corresponde à média

das baixa-mares de sizígia. Isso torna a batimetria mais segura, pois a probabilidade

de que seja encontrada profundidade mais baixa do que a registrada, em cada ponto,

seja extremamente pequena.

18

Figura 14 - Estudo batimétrico da região próxima à rampa de acesso à carreira

Como pode-se observar, o calado mínimo, na região de início das vigas

(destacadas em verde) que dão acesso à carreira, é de pouco mais de 2 metros.

Através da análise das marés da região, dados pelo “Tábua de Maré – Porto

do Rio de Janeiro - Ilha Fiscal”, em conjunto com os dados do Banco Nacional de

Dados Oceanográficos, observamos que podem oscilar, em média, de 0,2 a 0,7 metro

e de 0,1 a 1,3 metros, em casos mais atípicos.

Isso nos leva a concluir que, na região de acesso à carreira, o movimento da

maré fará com que o calado oscile entre 2,4 e 2,9 metros, em condições normais, e

2,3 e 3,5 metros em condições atípicas.

Ilustrado abaixo, temos a vista de lateral da região de acesso à carreira para

visualizar o nível do mar nos principais referenciais e, assim, melhor compreender as

próximas etapas do processo de docagem.

19

Figura 15 - Vista lateral da região de acesso à carreira, com os níveis dos principais referenciais de maré

Contudo, apenas o estudo batimétrico local não nos fornece dados suficientes

para avaliar o panorama todo e garantir a viabilidade da operação. Para isso, é

necessária a consulta de informações mais detalhadas sobre a balsa, como, por

exemplo, as contidas no “Folheto de Trim e Estabilidade”. Este documento fornece

dados sobre condições diversas de carregamento e, principalmente, o calado na

condição leve e intacta, pois é a condição na qual será realizada a operação para

docagem.

20

Figura 16 - Dados sobre a condição de carregamento para a embarcação leve (todos os tanques sem carga), obtidos através do Folheto de Trim e Estabilidade

21

Figura 17 - Dados sobre a condição da embarcação em peso leve, obtidos através do Folheto de Trim e Estabilidade

Os dados acima, retirados de um documento oficial, carimbado por uma

entidade classificadora, nos mostram que o calado leve da balsa é 0,907 m na

perpendicular de vante e 0,448 m perpendicular de ré, sendo, estes, muito inferiores

à profundidade mínima local, o que torna viável todo o procedimento, sem qualquer

risco de encalhe ou avarias devido a contatos entre o fundo da balsa e o leito marinho.

22

5. PROCEDIMENTO DE SUBIDA/DESCIDA DA EMBARCAÇÃO NA CARREIRA

Os tópicos anteriores nos ajudaram a compreender o panorama no qual se dará

a operação como um todo e avaliaram sua viabilidade perante os fatores espaciais e

profundidade local. Com todo o cenário favorável e viável, até os tópicos

anteriormente analisado, este será destinado à operação mais crítica, que é a subida

da balsa na carreira. Para isso, são essenciais 3 etapas prévias: seleção do guincho,

dimensionamento dos cabos e posicionamento da balsa.

5.1 SELEÇÃO DO GUINCHO

Impreterivelmente, o primeiro passo é a definição do guincho que será utilizado,

pois ele será o principal elemento do sistema e, através dele, será desenvolvida a

base de cálculos para todo os outros acessórios do sistema.

A seleção da capacidade do guincho, dentro de um cenário qualquer, pode se

dar por critérios associados de capacidade requerida, verba disponível para aquisição

do equipamento, espaço físico disponível ou prevista existência de um guincho no

sistema.

Para que seja feita a demonstração dos cálculos neste tópico, será utilizado o

guincho HTM (fabricação chinesa) de tambor duplo, com capacidade máxima de 80

toneladas de tração e mínima de 20 toneladas de tração.

Abaixo, temos uma imagem do mesmo e algumas de suas principais

informações técnicas:

23

Figura 18 - Imagem do modelo de guincho que será utilizado (HTM 80 toneladas)

24

Figura 19 - Da esquerda para a direita: vista superior da base do guincho; vista lateral do guincho; vista superior do guincho

25

Figura 20 - Especificações do guincho que será utilizado (HTM 80 toneladas)

Quando se trabalha em operações com guinchos, algumas particularidades são

de suma importância. A principal e mais importante delas é a não constância da sua

capacidade de tração, ou seja, quando enrolados os cabos nos tambores sua

capacidade de tração varia em função da quantidade de camada de cabos, sendo

máxima em sua última camada e mínima na primeira camada.

Essa relação de aumento/decréscimo da capacidade de tração pode ser

descrita como uma relação linear crescente em função da quantidade de camadas de

cabo nos tambores, ou seja, quanto mais camadas de cabo, a capacidade de tração

aumenta até o limite máximo do guincho. Para descrever a relação linear, é necessário

saber a espessura do cabo que será utilizado.

O diâmetro do cabo de aço é dado através da escolha de um modelo presente

em catálogos de fabricantes, porém, de forma com que suas especificações de

26

resistência à tração suportem o peso da embarcação na condição de subida/descida

e à tração exercida pelo guincho.

Como observado no tópico anterior, foram apresentados os dados do Folheto

de Trim e Estabilidade da balsa, e nele consta que seu peso leve é 1140 toneladas

(equivalente a, aproximadamente, 11183,4 kN). Contudo, a mesma, nesta condição,

encontra-se sobre o plano inclinado da carreira e, utilizando essas informações

anteriores, podemos iniciar a análise da força exercida pela balsa no cabo.

O plano inclinado, onde se encontra a carreira modelo, possui angulação de,

aproximadamente, 4º, o que permite recorrer ao elementar modelo físico de um

diagrama de blocos, com a finalidade de representar todas as forças atuantes no

sistema e modelar, matematicamente, da seguinte forma:

Figura 21 - Esquematização do diagrama de blocos simulando a balsa no plano inclinado da carreira

As forças no diagrama são interpretadas da seguinte forma:

sin 4° cos 4°

27

á á sin 4°

Onde,

,

á É ç á á ç

/ 0,28 é ç

/ 0,15 ç çã í á

Os coeficientes de atrito foram obtidos da Regra da DNV “DNV-GL ST N001”,

página 119, que trata especificamente de reboques, içamentos ou procedimentos que

envolvam atividades desta natureza.

Figura 22 - Imagem da Regra da DNV “DNV-GL ST N001”, com a tabela de coeficientes de atrito mais usuais

Utiliza-se o coeficiente de atrito estático para os cálculos, pois apresenta maior

valor e, consequentemente, oferecerá maior resistência, tornando os cálculos mais

conservadores, além de ser a força de resistência que primeiro se opõe ao movimento

desejado da balsa.

28

Logo, temos as relações:

sin 4° , cos 4° ,

á 0,28 ∗ 1126,204 ,

A força mínima necessária a ser feita para mover a balsa para cima da carreira

deve ser, pelo menos, minimamente maior do que a componente de atrito estático

somada à componente horizontal da força peso, também já calculada.

Desta forma, temos:

á sin 4° 3123,720 780,111 , De posse do valor da força necessária para mover a balsa para cima da

carreira, foi utilizado o catálogo de cabos de aço do fabricante CIMAF para escolher

um modelo que satisfaça a condição de carga da tração requerida, acrescido de um

fator de segurança de 2. Foi, então, selecionado o modelo da classe 6x71, de 4.1/2’’

(114,0 mm), com alma de aço, como mostrado abaixo:

29

Figura 23 - Catálogo de cabos de aço da classe 6x71 com alma de aço, da empresa

CIMAF (com destaque para o cabo selecionado)

Observa-se que a carga mínima de ruptura do modelo de cabo de aço escolhido

é 806,0 tf (equivalente a, aproximadamente, 7904,160 kN). Portanto, suporta carga de

tração a qual será submetido na extremidade ligada à balsa, ainda com margem

superior à do fator de segurança, como mostrado abaixo:

, , , (carga mínima de ruptura do cabo)

Após selecionado o cabo de aço que satisfaz a resistência à tração requerida,

é possível determinar a quantidade máxima de camadas no tambor do guincho e a

capacidade de tração em cada uma delas. Para isso, utiliza-se uma planilha na qual

são inseridas as principais dimensões do tambor (diâmetro interno e externo) e os

30

dados do cabo para calcular a quantidade máxima de camadas de cabo suportada

pelos tambores, e, assim, aplicar a relação linear para definir a tração em cada uma

dessas camadas, como demonstrado abaixo.

Figura 24 - Referencial dos elementos do carretel do guincho, utilizados na planilha 

Tabela 1 - Dados de entrada para cálculos de tensão em cada camada de cabo do carretel do guincho

Dc  Diâmetro do Cabo  114  mm d  Diâmetro do Tambor  650  mm D  Diâmetro Externo do Tambor 2200  mm a  Altura Tambor  775  mm L  Comprimento do Tambor  1150  mm Lc Comprimento Total do Cabo  1350.0  m 

O número de voltas de cabo em cada camada é definido da seguinte forma:

115076,2 10,09 Como o número de voltas deve ser um número inteiro, temos 10 voltas.

31

Já o número de camadas é dado da seguinte forma:

77576,2 6,798 Da mesma forma como o número de voltas de cabo, o número de camadas

também é um número inteiro, logo é arredondado para 6 camadas.

Após calculada a quantidade máxima de camadas, é possível calcular a carga

de tração em cada uma delas, de forma linear, sendo a primeira camada 20 ton

(equivalente a, aproximadamente, 196,2 kN) e última 80 ton (equivalente a,

aproximadamente, 784,8 kN), conforme as especificações técnicas do equipamento,

apresentadas anteriormente.

Tabela 2 - Tensão em cada camada de cabo do carretel do guincho

Tensão Máxima Por Camada 1ª  196.200 kN2ª  313.920 kN3ª  431.640 kN4ª  549.360 kN5ª  667.080 kN6ª  784.800 kN

5.2 SISTEMA DE CADERNAL

Através dos cálculos feitos anteriormente, é possível observar que a força

mínima necessária para puxar a balsa é 3903,831 kN. Entretanto, como explicitado

anteriormente, a força mínima de tração do guincho, na primeira camada de cabo, é

de, apenas, 196,2 kN.

Para solucionar este problema, recorre-se ao princípio mecânico básico de um

sistema de polias associadas, chamado “Moitão” ou “Cadernal”. Essa configuração

combina a mesma quantidade de polias fixas e móveis, em pares, onde as polias

móveis são fixadas no olhal da balsa e as fixas são fixadas bem próximas à

extremidade do guincho (morto). Para cada polia móvel, a força necessária para

realizar o trabalho é reduzida pela metade, como pode ser exemplificado na imagem

e explicado matematicamente nas equações:

32

Figura 25 - Ilustração de um moitão/cadernal com 2 (duas) polias móveis e 2 (duas) polias fixas

2 Onde:

ç á ç çã í á

ú ó ç

Logo,

196,2 3903,8312

3903,831392,4 9,9486

O número de polias precisa ser um valor inteiro. Como preza-se sempre pela

segurança, o valor é arredondado para cima, obtendo-se, então, a seguinte

quantidade de polias móveis:

33

A seguir, temos o desenho esquemático do sistema de moitão com 10 polias

móveis presas à balsa e as 10 polias fixadas na extremidade do guincho.

Figura 26 - Sistema de moitão/cadernal com 10 Polias Móveis e 10 Polias Fixas

34

Figura 27: Detalhamento das polias móveis do moitão/cadernal

35

6. POSICIONAMENTO DA BALSA

A última etapa é o posicionamento da embarcação no sistema, para que seja

efetuada a subida na carreira. Embora seja um procedimento simples, a forma de

posicionar a balsa é de extrema importância, pois, caso seja feito de forma errada,

pode danificar gravemente a estrutura da embarcação.

Como citado em tópico anterior, é necessário que a embarcação seja

posicionada de forma a coincidir seus principais elementos estruturais com as vigas

estruturais da carreira, de forma a apoiar-se nas mesmas. Isso garante que todo o

conjunto suporte seu próprio peso sem danos ao fundo da balsa e às estruturas. A

imagem deste posicionamento pode ser vista abaixo.

Figura 28 - Modelo bidimensional da vista frontal da carreira, com a balsa na posição final, casando seus principais elementos estruturais longitudinais

Como pôde ser observado acima, temos o perfil estrutural da Seção-Mestra

(seção transversal), que mostra a topologia estrutural predominante na balsa.

Observa-se também que as vigas de concreto armado da carreira coincidem

36

longitudinalmente com alguns dos principais elementos estruturais longitudinais

gigantes da balsa, mostrando que há suporte estrutural para que não haja colapso do

fundo e das estruturas internas da balsa, durante o procedimento de docagem.

37

7. CONCLUSÃO

Ao longo desse estudo, pode-se observar relativa simplicidade na operação da

carreira, para docagem de embarcações de fundo chato. Exigindo, neste caso,

apenas, prévio conhecimento de princípios físicos básicos para dimensionamento de

sistemas mecânicos, bem como análises de maré, análises de disponibilidade

espacial e conhecimento da topologia estrutural da embarcação.

Em regiões de difícil acesso ou inacessíveis para reparo, quando a embarcação

está flutuando, a docagem pode se tornar emergencial devido à gravidade do

problema. Isso torna a docagem emergencial e, consequentemente, mais onerosa à

empresa, caso seja necessária a contratação do serviço por terceirizados.

Outro fator positivo e de extrema relevância, é a possibilidade de utilização do

sistema para docagem de embarcações de outros armadores. Isto abre uma vantajosa

possibilidade para geração de receita, que pode ter diversos destinos, inclusive o de

manutenção e futura modernização do sistema.

Todos os exemplos citados, ao longo deste trabalho, apenas consolidam ainda

mais a ideia de que um sistema de docagem prório, para uma empresa com frota

marítima própria, é muito vantajoso, pois viabiliza a operação para docagem de

qualquer embarcação que atende os requisitos limítrofes do sistema como um todo.

38

8. BIBLIOGRAFIA

MACKIE, K .P. The Pratice of Dry Docking Ships. Uma série de cinco

artigos publicados durante o Dock and Harbour Authority. Londres:

Julho/Dezembro de 1999 a Maio/Junho de 2000.

MACKIE, K. P. Small Mechanical Dry Docking Systems. Quinta

Conferência Internacional durante a Coastal and Port Engineering in

Developing Countries. Cape Town: 1999.

MAZURKIEWICZ, B. K. Design & Constructions of Dry Docks. Trans

Tech Pub. 1980

MACKIE, K. P. Ways & Rails for Slipways for Dry Docking Ships.

PIANC – World Congress. Panama: 2018.

British Standards Institution. Code of Practice for Maritime Structures –

Part 3: Design of Dry Docks, Locks, Slipways and Shipbuilding Berths,

Shiplifts and Dock and Lock Gates. Londres, 1988.

Marinha do Brasil – Diretoria de Hidrografia e Navegação. Tábuas de

Maré, Porto do Rio de Janeiro – Ilha Fiscal. Rio de Janeiro: 2019.

DNV-GL. Full Version of Standard DNVGL-ST-N001 & DNVGL-ST-

N002: Marine Operations and Mritime Warranty, Edition 2016-06.

CIMAF. Manual Técnico de Cabos: Cabos de Aço, Catálogo CIMAF

2014 Completo.

Datum Serviços Hidrográficos Ltda. Estudo Batimétrico – Base Locar.

Rio de Janeiro: 2019.

HIBBELER, R.C. Mecânica Para Engenharia: Estática. 7ª edição. São

Paulo: PEARSON, 2009.