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23º Congresso Nacional de Transporte Aquaviário, Construção Naval e Offshore

Rio de Janeiro, 25 a 29 de Outubro de 2010

Forças Transitórias em Navios Acostados Provocadas pela Passagem de Outra Embarcação

James Manoel Guimarães Weiss (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) Maria A. P. Gandara (Instituto de Pesquisas Tecnológicas)

Adriano Axel Pliopas Pereira (Instituto de Pesquisas Tecnológicas)

Resumo: Durante a passagem de navios em canais de portos ocorrem interações hidrodinâmicas que provocam momentos de yaw e forças de surge e sway em outras embarcações acostadas. As limitações de profundidade e largura dos canais de navegação amplificam os efeitos da iteração hidrodinâmica entre as embarcações ocasionando picos de forças significativos nos cabos de atracação. Esta questão tem sido objeto de atenção dos projetistas devido ao expressivo crescimento recente do tráfego portuário e do porte dos navios mercantes. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica com foco em formulações teóricas e empíricas desenvolvidas para prever forças transitórias de amarração nessas situações. Observa-se, entretanto, que a maior parte desses métodos foi desenvolvida para navios de porte limitado, transitando em águas abertas e/ ou em lâminas d’água relativamente elevadas. Com o objetivo de validar e calibrar as fomulações existentes, os autores estão desenvolvendo um programa de testes com modelos em tanque de provas que irá considerar a iteração de navios de grande porte operando em canais abrigados de profundidade bastante limitada. Espera-se com este programa de testes contribuir para o desenvolvimento de formulações mais sofisticadas e precisas para o projeto de canais e de sistemas de amarração em portos.

1 – Introdução

A passagem de navios em um canal abrigado gera movimentos na água que induzem forças e movimentos transitórios em outros navios atracados neste canal.

Se as forças e movimentos transitórios atuantes sobre os navios atracados forem expressivos, podem ocorrer interrupções nas operações de carga/ descarga resultando em baixa eficiência das operações portuárias. Dependendo das amplitudes de forças e momentos envolvidas, o sistema de amarração dos navios pode sofrer avarias colocando em risco a segurança dos navios e das instalações portuárias.

Este trabalho tem como objetivo a análise exploratória de métodos e soluções existentes para avaliar as forças e momentos incidentes em navios atracados em portos pela passagem de outros navios no canal de navegação. Numa próxima fase, será desenvolvido um programa de testes com

modelos em tanque de provas com o propósito de obter elementos para validar e/ou aprimorar as formulações existentes. Espera-se que os resultados obtidos possam também ser utilizados em projetos de novos terminais e canais portuários.

Geralmente, as estimativas de forças e momentos agindo em navios atracados são baseadas em cálculos para situações relativamente simples, tais como: o navio passa a uma velocidade constante ao longo de uma reta paralela a um navio ancorado a uma profundidade de canal constante. Para outras condições, são utilizados dados publicados de ensaios com modelos de modo a corrigir os dados obtidos nos cálculos iniciais. Apenas em alguns casos, os efeitos da geometria do porto são considerados explicitamente em cálculos ou experimentos desse tipo.

Entretanto, ainda não foi desenvolvida uma base sistemática de dados significativa ou metodologia consagrada que possa fundamentar a avaliação de projetos em um contexto mais amplo.

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Uma pesquisa recente mostrou que, mesmo no caso relativamente simples de um navio ancorado a uma parede vertical de cais, as forças de amarração em navios acostados induzidas pela passagem de outro navio variam grandemente, dependendo das condições consideradas (Piskster, 2004).

Atualmente, quatro instituições de pesquisa e consultoria (Pinkster Marine Hydrodynamics, Svasek Hydraulics, Marin e Deltares) se articularam para formular e executar um projeto cooperativo, denominado “ROPES”. O objetivo deste projeto é aprimorar o conhecimento acerca dos fenômenos físicos e dos meios para se prever o comportamento de um navio atracado durante a passagem de outras embarcações nas proximidades (Van den Boom, 2010).

2 – Escopo e Objetivos

Este trabalho explora algumas das formulações teóricas e empíricas desenvolvidas para prever forças transitórias de amarração de um navio, que esteja atracado a um cais, durante a passagem de outro navio.

A revisão bibliográfica procurou identificar e comparar os diferentes conjuntos de equações teóricas e empíricas existentes para estimar os picos de forças e momentos produzidos por navios trafegando em canais sobre os navios atracados nesses mesmos canais.

O problema é relativamente complexo, pois depende de muitas variáveis físicas: geométricas (profundidade e largura dos canais, distância dos navios, formas dos cascos), dinâmicas (velocidade de passagem e pré-tensões nas amarras) e ambientais (ação de ondas, ventos e correnteza nos canais). Além disso, o espaço limitado entre o fundo dos navios e o fundo dos canais provoca a ocorrência de squat nos navios em movimento

Grande parte desses métodos foi desenvolvida, ao longo das últimas décadas, levando em consideração navios de médio porte. Entretanto, nos últimos anos, observa-se um grande crescimento nas dimensões principais e nas áreas expostas dos navios cargueiros que operam em terminais abrigados, o que tem gerado novos desafios ao dimensionamento de terminais portuários (Van den Boom, 2010).

Com base na revisão dos modelos dinâmicos de amarração de navios acostados em portos abrigados, o trabalho discute os diferentes métodos de cálculo das forças atuantes com o objetivo de planejar um

programa de testes com modelos envolvendo navios de grande porte em situações de passagem de atracação em portos abrigados.

Espera-se obter, com esse programa de ensaios, critérios para a amarração segura para navios de grande porte em situações que serão encontradas em novos terminais instalados em calhas mais profundas que as atuais. Os resultados também servirão para dimensionar pré-tensões adequadas para as linhas de amarração de navios muito grandes e estabelecer limites operacionais para a passagem dessas embarcações no interior de canais abrigados.

3 – Revisão Bibliográfica

Os navios atracados em portos respondem dinamicamente a cargas transitórias induzidas por navios que se movimentam em um canal de navegação. O nível de forças, momentos e movimentos de navios atracados em berços pode ser previsto por formulação teórica ou por meio de testes em tanque de provas. As metodologias empregadas e os resultados obtidos neste tipo de problema foram estudados por Duffy & Renilson (2001), Duffy & Webb (2003), Kriebel et al. (2005) e Pinkster & Ruijster (2004). Alguns desses estudos utilizam combinações de modelagem matemática e testes com modelos em tanque de provas.

Remery (1974), Muga e Fang (1975), Wang (1975) entre outros, estudaram os esforços de solicitação em amarras de embarcações atracadas de modo a prever eventuais danos que a passagem a uma pequena distância de uma embarcação em alta velocidade poderia ocasionar à embarcação atracada. Diversos estudos teóricos e experimentais já demonstraram que esta excitação é fortemente dependente da relação calado do navio/ profundidade do canal (PIANC, 1997: anexo C).

Seelig (2001) relata o caso de incêndio, seguido de explosão ocorrido no navio tanque JUPITER, devido à passagem muito próxima de outra embarcação em alta velocidade.

Identificam-se também estudos teóricos, desenvolvidos por meio de simulações em modelos matemáticos, como feitos por Flory (2002) e Pinkster (2004), e estudos baseados em testes com modelos em escala, tais como o desenvolvido por Kriebel (2005).

Crane et al. (1989) abordam o problema da interação entre duas embarcações. Diversos trabalhos teóricos são citados para a previsão das forças e momentos oriundos da interação entre duas embarcações, e são também apresentados alguns gráficos dos trabalhos experimentais realizados por Newton (1960). A

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abordagem documenta os ângulos de leme necessários para manutenção do curso durante o processo de ultrapassagem entre duas embarcações. Este ângulo é ao mesmo tempo uma medida das forças de interação envolvidas e, ainda mais importante, da capacidade das embarcações continuarem sob um regime seguro de manobrabilidade durante o processo de interação. Outra observação interessante acerca do ângulo de leme é que durante o processo de ultrapassagem as forças de interação entre as embarcações mudam de sentido, de modo que o leme deve ser praticamente revertido entre suas posições extremas em um intervalo de tempo relativamente curto.

Pinkster & Naaijen (2003) destacam que os efeitos de um navio passante eram, tipicamente, computados considerando-se o fluxo primário ou “double-body flow” ao redor do navio passante. Assim, efeitos reais de superfície livre não eram considerados. O método adotado por Pinkster e Naaijen assume que o escoamento induzido pelo navio passante, no referencial deste navio, é independente do tempo e linearmente dependente da velocidade. Uma segunda hipótese importante é a de que este escoamento não é influenciado pela presença do navio atracado ou pelas reflexões de ondas no canal.

Pinkster & Ruijter (2004) apresentam dois métodos distintos de cálculos computacionais para realizar as estimativas de esforços em navios atracados. Apresentam também comparações com medições de campo e discutem o problema de solitary waves. É feita uma ressalva de que nenhum dos dois métodos (Double body flow e Free surface model) constitui uma modelagem completa dos fenômenos físicos envolvidos. As comparações de força de surge, sway e do momento de yaw mostram resultados praticamente idênticos oriundos dos dois métodos.

Os autores incluíram o efeito da presença do cais nos esforços totais. A comparação mostra que a presença do cais aumenta a força de surge em aproximadamente 80% e reduz a força de sway e o momento de yaw em aproximadamente 70%. Nas medições em escala real foram monitorados os esforços de amarração em uma balsa de navegação fluvial (inland barge) atracada no porto de Amsterdam. Foi monitorado também o nível da água e sua velocidade na região em que se encontrava a balsa. Os autores observam que a modelagem é válida apenas para as condições em que as linhas de amarração estão tracionadas. Caso alguma amarra torne-

se folgada, devido à aproximação da embarcação ao cais, esta poderá sofrer trancos, gerando picos de força não modelados pela teoria!

Faltinsen e Skejic (2007) realizaram estudos teóricos da interação entre duas embarcações durante o processo de ultrapassagem. Os autores destacam o risco de colisão neste tipo de manobra. Normalmente colisões acontecem quando uma embarcação menor tenta ultrapassar uma embarcação maior em velocidades moderadas. Quando a distância transversal entre as embarcações é muito pequena durante a manobra de ultrapassagem uma colisão torna-se inevitável mesmo com um sistema de governo eficiente e uma tripulação experiente. Este sempre será o cenário quando as forças externas superarem as forças dos sistemas de controle. O modelo estudado pelos autores engloba também efeitos devido a ondas e um módulo de controle para as manobras.

Os estudos de Duffy & Webb (2003) foram motivados por obras de ampliações no canal do porto de Newcastle. O trabalho incluiu medidas experimentais de esforços em um modelo de navio ancorado. Os resultados dessas medições foram então utilizados em simulações dinâmicas para avaliar os movimentos de surge, sway e yaw induzidos sobre a embarcação atracada. O movimento de surge foi considerado como o mais crítico. Durante os ensaios o modelo do navio em movimento estava livre nos movimentos de heave, pitch e roll, assim como uma das embarcações atracadas.

Uma segunda embarcação atracada encontrava-se restrita em todos os seis graus de liberdade. Isto ocorreu, pois em testes preliminares observou-se que com este segundo navio presente no cais os movimentos sobre o primeiro navio eram marginalmente superiores. A modelagem das forças considerou as linhas de amarração e também os amortecedores (fenders).

Kokarakis et al. (2007) constataram que a principal ocorrência de acidentes navais se concentra nas regiões de águas confinadas e congestionadas, onde a interação hidrodinâmica entre as embarcações apresenta efeitos importantes. Ao autores acidentes relacionados ao problema de squat, mudanças na condição de trim ou banda associadas a efeitos de águas rasas, envolvendo as embarcações “Herald of Free Enterprises”, “Queen Elizabeth 2” e o “Sea Empress”. Discute-se inicialmente os problemas relacionados à manobrabilidade de um navio em movimento por um canal restrito.

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Aborda-se brevemente, na seqüência, a interação entre duas embarcações quando ambas estão em movimento. Toda a próxima seção do artigo é dedicada à interação entre uma embarcação em movimento com uma embarcação atracada. Relata-se o grave acidente com o petroleiro Jupiter, ocorrido em 16 de setembro de 1990, que se movimentou no cais devido à passagem de outro navio pelo canal. As linhas de amarração foram rompidas e, em seguida, a tubulação por onde a gasolina era retirada da embarcação também se rompeu. Faíscas oriundas de cabos também rompidos devido à movimentação do navio deram ignição ao combustível que acabou consumindo toda a embarcação.

4 – Formulações Empíricas do Problema

Analisando as formulações empíricas encontradas na literatura, observa-se que a maioria dos estudos realizados foi baseada em resultados obtidos em testes de tanque de provas com modelos em escala reduzida, simulando-se os efeitos da passagem de uma embarcação paralelamente a outra atracada.

Diversos procedimentos analíticos foram formulados com base nos dados obtidos em ensaios com modelos. Primeiramente, foram desenvolvidas equações empíricas que descrevem a variação do valor de pico dos carregamentos das amarras em função da velocidade da embarcação passante, do deslocamento, da profundidade da água e da distância de separação entre os dois navios. Também foram desenvolvidos modelos de previsão baseados em carregamentos medidos nos ensaios.

Os primeiros estudos foram iniciados em 1969, quando a Esso Research and Engineering Co. - ER&E - (atualmente Exxon Mobil Research and Engineering Co.) realizou um programa de testes com modelos em escala no tanque de provas do Hydraulics Research Station em Wallington, UK, para investigar problemas ocorridos em um terminal da Esso devido à passagem de embarcações. Os resultados desse estudo foram publicados por Lean & Price (1977). O modelo da embarcação amarrada foi de um navio tanque de 250 mil dwt e as embarcações passantes foram representadas por modelos de navios tanques de 17 mil, 80 mil e 210 mil dwt. Variou-se a distância entre as embarcações e a velocidade de passagem. Foram medidos os deslocamentos do navio tanque amarrado e as cargas nas linhas de amarras.

A ER&E conduziu outro programa de testes no Netherlands Ships Model Basin (NSMB), atual MARIN, na Holanda, que foram publicados em 1974 por Remery. Neste caso, a embarcação amarrada era um navio tanque com 100 mil dwt. Foi adotado um fator de escala de 1:60, e foram variados os seguintes parâmetros: tamanho da embarcação passante: 160 mil, 110 mil e 30 mil dwt; a velocidade da embarcação passante: 4, 5 e 7 nós e a distância entre as embarcações: 30, 60, 120 e 200 m. A relação profundidade da água e calado foi considerado constante e igual a 1,15 para ambas as embarcações.

As principais conclusões extraídas por Remery desse conjunto de ensaios foram:

“As cargas induzidas pela embarcação passante à amarrada são proporcionais ao quadrado da velocidade da embarcação passante e é função da posição relativa entre as embarcações”; “As menores forças nas amarras ocorrem quando a embarcação está restrita. Se o sistema de amarração for também bastante flexível, ocorrerão forças pequenas nas amarras, porém aparecerão grandes deslocamentos que não são aceitáveis”. Muga & Fang (1975) conduziram mais um

conjunto de testes, também no Marin, nos quais a relação profundidade da água/ calado era uma variável tanto para a embarcação atracada como para a passante. É importante observar que vários autores citam que independente do tamanho da embarcação passante, da velocidade e distância entre as embarcações, existe um padrão na série temporal ou uma relação de fase para a ocorrência dos picos e seqüência de carregamentos que se repete. Isso sugere que cada função de carregamento pode ser descrita por um valor de ordenada, que pode ser o valor máximo.

De todos os trabalhos desenvolvidos, dois se destacaram como modelo de previsão a partir de resultados medidos em ensaios. O primeiro método, desenvolvido por Flory (2002), é uma formulação empírica baseada nas dimensões das embarcações, velocidade da embarcação passante e posição de uma embarcação em relação à outra. Porém, esta formulação apresentou valores menores para forças em surge e sway do que as medidas. Flory realizou uma análise de regressão nos dados obtidos por Muga & Fang, desenvolvendo equações empíricas para vários valores de profundidade de água/ calado da embarcação, pois os dados originais foram obtidos para águas rasas.

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O segundo método, a planilha PASS-MOOR desenvolvida por Seelig (2001), é baseado em predições teóricas desenvolvidas por Wang (1975). O método de Wang foi desenvolvido para águas profundas e modificado por Seeling que incluiu fatores de correção para levar em conta profundidades finita. Essa correção empírica tornou o PASS-MOOR uma ferramenta de predição bastante confiável.

5 – A Formulação de Kribel

Em 2005, Kriebel publicou trabalho realizado no Naval Facilities Engineering Service Center. O projeto consistiu em realizar diversos ensaios com modelos em escala a fim de avaliar a capacidade de previsão dos métodos já existentes, ampliar o banco de dados e desenvolver novas equações empíricas para prever os carregamentos nas amarras devido à passagem de outra embarcação.

Figura 1 - Sistema de coordenadas adotado nos testes (Kriebel, 2005)

Foram realizados 144 testes, nas seguintes condições:

• Cascos do modelo eram da Série 60 • O navio passante navegava

paralelamente ao navio amarrado • Parâmetros que foram variados nos

ensaios: calado do navio passante, velocidade do navio passante, profundidade da água e distância de separação entre os navios.

5.1 – Resultados observados nos testes com modelos

O sistema de coordenadas adotado nos testes tem sua origem (x = y = 0) localizada no meio do navio amarrado. A convenção de sinais segue a regra da mão direita com x positivo em direção à proa, y positivo na direção contrária ao pier e M positivo no sentido anti-horário, conforme mostrado na figura 1.

Os resultados dos testes mostram que à medida que o navio passante se aproxima, o navio amarrado experimenta uma força negativa longitudinal, uma força positiva transversal e um momento negativo em yaw. Quando os navios estão lado a lado, a força longitudinal e o momento em yaw são praticamente nulos, enquanto que a força transversal é positiva e com grande magnitude, ou seja, o navio amarrado é “sugado” em direção a embarcação passante. Quando o navio está se afastando, a força longitudinal torna-se positiva, a transversal fica negativa e o momento em yaw fica positivo. A figura 2 indica esquematicamente a mudança de sentido e intensidade das forças conforme a posição relativa dos navios.

Figura 2 - Comportamento geral dos

carregamentos quando o navio se aproxima (esquerda), passa ao lado (centro) e se afasta

(direita) do navio amarrado (Kriebel, 2005)

A descrição teórica desses carregamentos como uma função de X/L (onde L é o comprimento da embarcação amarrada) é dada pela Figura 3.

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Figura 3 - Variação teórica dos carregamentos

com a distância de ultrapassagem, X/L, baseada na teoria do Wang (1975) e adotada

no PASS-MOOR (Seelig, 2002).

Um exemplo dos carregamentos medidos por Kriebel (2005) é mostrado na Figura 4.

Figura 4 - Exemplo da medida de forças e

momentos em um dos ensaios (Kriebel, 2005)

Para a força transversal (sway), como pode ser observado na figura 5, o pico positivo de Fy é sempre maior que o pico negativo. Para a força em surge, geralmente o pico negativo é maior que o positivo. Para o momento em yaw, ocorre o mesmo, ou seja, o pico negativo geralmente é maior que o positivo.

5.2 – Formulação empírica dos esforços

O valor de pico para as forças de surge e sway e o momento de yaw pode ser representado pelas seguintes equações:

2

2

1VLDCF

XX⋅⋅⋅⋅⋅= ρ

2

2

1VLDCF

YY⋅⋅⋅⋅⋅= ρ (1)

22

2

1VLDCM

M⋅⋅⋅⋅⋅= ρ

onde ρ = Densidade da água D = Calado do navio amarrado L = Comprimento do navio amarrado V = Velocidade do navio passante CX = Coeficiente para pico da força longitudinal CY = Coeficiente para pico da força transversal CM = Coeficiente para pico do momento em yaw.

Figura 5 - Ilustração dos valores máximos,

positivos e negativos das forças e momentos (Kriebel, 2005)

A partir das variações dos coeficientes de

carregamento, observados nos ensaios, uma formulação empírica foi obtida para esses coeficientes:

)/(5.1)/(6.2

0074.0LSdD

RXeeC

−+

− ⋅⋅∆⋅= )/(0.2)/(6.3

0126.0LSdD

RYeeC

−+

+ ⋅⋅∆⋅= (2) )/(4.3)/(2.3

0044.0LSdD

RMeeC

−+

− ⋅⋅∆⋅= onde,

R∆ = Razão de Deslocamento, definida como a relação entre o deslocamento da embarcação passante e da amarrada S/L = Razão de Separação, definida como a relação entre distância de separação entre as linhas de centro e o comprimento da embarcação amarrada. D/d = Razão Calado/ Profundidade, definida como a relação entre o calado da embarcação amarrada e a profundidade da água.

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Com os coeficientes acima, os valores máximos dos carregamentos podem ser previstos pelas seguintes relações:

2

2

1VLDCF

XX⋅⋅⋅⋅⋅= −− ρ

2

2

1VLDCF

YY⋅⋅⋅⋅⋅= ++ ρ (3)

22

2

1VLDCM

M⋅⋅⋅⋅⋅= −− ρ

Conforme mostrado na Figura 4, esses são os valores de pico na direção positiva da força Fy, e na direção negativa para Fx e M. O valor de pico na direção oposta pode ser estimado como:

−+ ⋅= XX 85.0

+− ⋅= YY 61.0 (4)

−+ ⋅= MM 91.0 O trabalho de Kriebel faz ainda uma comparação entre os coeficientes de pico estimados pelas equações acima e os coeficientes medidos em testes, constatando a existência de alguma dispersão aparente. O erro máximo é da ordem de ± 25% e o erro típico é da ordem de ± 10%. A dispersão foi maior para as forças longitudinais, pelo fato de ser o carregamento menor e mais difícil de ser medido.

6 – Algumas Estimativas de Esforços Máximos

Com base na formulação de Kribel, foram realizadas algumas estimativas de esforços máximos para as condições que pretendemos ensaiar em tanque de provas.

Para essas simulações, foram consideradas duas embarcações que denominaremos de embarcação 1 e embarcação 2. As características das embarcações são dadas na tabela 1 abaixo:

Tabela 1 - Dimensões das Embarcações Dimensões Embarcação

1 (m) Embarcação

2 (m) Comprimento 270 320 Boca 42 53 Calado 10 14

Fazendo as combinações entre as duas

embarcações como amarrada e passante, variando a distância entre os costados, calado e velocidade da embarcação passante, é

possível extrair resultados bastante expressivos sobre os efeitos de uma embarcação passando nas proximidades de outra que se encontre amarrada.

Figura 6- Força longitudinal no navio amarrado

em função da distância de passagem

Figura 7 - Força transversal no navio amarrado

em função da distância de passagem

Figura 8 - Momento de Yaw no navio amarrado em função da distância de passagem

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Nas Figuras 6, 7 e 8 são mostrados resultados de simulações de passagens de embarcações a uma velocidade constante de 8 nós e profundidade da água de 15m. As notações N1, N2 indicam embarcação 1 e embarcação 2 respectivamente, e “p” e “m” indicam passante e amarrada.

Analisando as Figuras 6, 7 e 8 é possível verificar que: • Quanto mais próxima a embarcação

passante estiver da amarrada, maiores serão os esforços;

• Tanto os esforços como os momentos exercidos na embarcação amarrada pela passante são proporcionais ao deslocamento da embarcação passante. As Figuras de 9 a 14 mostram resultados

da variação do calado, tanto da embarcação amarrada, como da embarcação passante, sendo que são mantidas constantes a profundidade da água, 15 m, e a velocidade de passagem, 8 nós.

As Figuras 9, 10, e 11 apresentam os resultados para variação de calado da embarcação amarrada, 10, 12 e 14m, sendo que a embarcação passante teve o calado fixado em 12m.

Figura 9 – Força longitudinal na embarcação

amarrada em função da distância entre costados e variação de calado da amarrada

Figura 10 – Força transversal na embarcação

amarrada em função da distancia entre costados e variação de calado da amarrada.

Figura 11 – Momento em yaw na embarcação

amarrada em função da distancia entre costados e variação de calado da amarrada.

As Figuras 12, 13 e 14 apresentam os

resultados para variação de calado da embarcação passante, 10, 12 e 14m, sendo que a embarcação amarrada teve o calado fixado em 12m.

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Figura 12– Força longitudinal na embarcação

amarrada em função da distância entre costados e calado da embaracação passante


amarrada em função da distância entre costados e calado da embaracção passante


amarrada em função da distancia entre costados e calado da embarcação passante

Nas Figuras 15, 16 e 17 são mostrados os resultados da variação de velocidade da embarcação passante. As embarcações, tanto a passante quanto a amarrada, foram consideradas do Tipo 1, com calado de 12 m e profundidade de água de 15m.

Figura 15 – Força longitudinal na embarcação

amarrada em função da distância entre costados e velocidade da embarcação

passante.



passante.

O equacionamento desenvolvido por Kriebel consegue capturar a variabilidade já observada no carregamento da embarcação amarrada em função da distância de separação entre as embarcações, velocidade da embarcação passante e relação profundidade da água/calado. Esse equacionamento é bastante simples de ser implementado em uma planilha e fornece uma primeira aproximação dos

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esforços na fase preliminar de projeto de um sistema de amarração.



passante.

7 – Limitações dos trabalhos estudados

As condições fixadas por Kribel (2005) em seus experimentos não consideram os efeitos de parede, uma vez que estes ensaios foram realizados em um tanque bem largo, sem as restrições de margens usualmente encontradas em canais portuários.

Por outro lado, as condições analisadas por Pinkster & Ruijter (2004) consideram o aumento de tensões proporcionado pelas paredes do cais mas referem-se a uma barcaça fluvial cujo porte e dimensões são muito menores que aqueles verificados nos navios oceânicos de grande porte.

Melhorias previstas nos portos brasileiros criarão condições bastante distintas das previstas por essas formulações. Por exemplo, para melhorar as condições de acesso e movimentação dos navios no Porto de Santos, estão previstos serviços de dragagem de aprofundamento do canal de acesso do Porto de Santos (Companhia Docas do Estado de São Paulo, 2008). Em sua etapa final, a dragagem deverá aumentar a profundidade do canal de navegação para 15 metros e ampliar sua largura para 220 m, de modo a permitir o tráfego de navios nos dois sentidos do canal. Com essas obras, espera-se aumentar significativamente os períodos diários de tempo em que a navegação no canal estará disponível. Além disso, a ampliação do canal permitirá o acesso de embarcações da classe Post-Panamax com (L) 270 m de comprimento, (B) 42 de boca e (T) calado de 12 m.

Entretanto, a atracação segura de navio da classe Post-Panamax no novo canal do Porto de Santos exigirá um dimensionamento criterioso do sistema de amarração. Neste caso, a pré-tensão das amarras será o fator determinante para o controle do nível de tensões e movimentos do navio atracado. Valores de tensão insuficiente nas amarras poderão permitir grandes movimentos no navio atracado, resultando em cargas muito elevadas nas linhas de amarração. O navio atracado deverá, pois, ser pressionado firmemente contra os fenders de modo que a fricção resultante possa prevenir o movimento longitudinal do navio.

Considerando a perspectiva de mudança de parâmetros de navegação, bem como o aumento de porte das embarcações acostadas no canal do Porto de Santos, os autores estão desenvolvendo um programa de testes com modelos desenhado para validar e aprimorar as metodologias de cálculo de forças de amarração em navios atracados nessas condições.

8 – Conclusões

O trabalho analisou os diferentes modelos teóricos e empíricos desenvolvidos para prever forças transitórias de amarração em navios acostados geradas pela passagem de outros navios em canais portuários.

Com base em formulações teóricas e empíricas é possível estimar-se picos de forças e momentos induzidos por navios trafegando em canais portuários sobre os navios acostados.

Entretanto, essas formulações foram desenvolvidas para condições específicas que consideraram navios de porte limitado transitando em águas abertas e/ ou em lâminas d’água relativamente elevadas.

Considerando a perspectiva de aumento do porte das embarcações que transitarão, em futuro próximo, nos portos brasileiros, um programa de testes com modelos está sendo conduzido com o objetivo de validar e aprimorar as formulações existentes.

Os testes procurarão reproduzir as condições geométricas encontradas em portos abrigados com importantes limitações de calado, tais como aquelas encontradas no Porto de Santos.

Os resultados desse programa de testes deverão contribuir para o aprimoramento das formulações teóricas e dos critérios de amarração segura de navios de grande porte no interior de canais portuários, bem como estabelecer limites operacionais seguros para movimentação de navios nessas condições.

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9 – Referências Bibliográficas

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10 – Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq - para realização do programa de testes em tanque de provas que reunirá os dados experimentais necessários para conclusão dessa pesquisa.