Influencia da Variação de ângulo de Instalação de Linhas ... · Na construção naval é necessário projetar e obter estruturas cada vez mais confiáveis desde o ponto de vista

ALTERNATIVA DE CONFIGURAÇÃO DA ESTRUTURA DE DIQUES FLUTUANTES

JONAS PINHO DE MATTOS

Projeto de Graduação apresentado ao

Curso de Engenharia Naval e Oceânica,

Escola Politécnica, da Universidade

Federal do Rio de Janeiro, como parte dos

requisitos necessários à obtenção do título

de Engenheiro Naval e Oceânico.

Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

Rio de Janeiro

ABRIL DE 2016

2

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Escola Politécnica

Engenharia Naval e Oceânica

POLI/UFRJ

ALTERNATIVA DE CONFIGURAÇÃO DA ESTRUTURA DE DIQUES FLUTUANTES

JONAS PINHO DE MATTOS

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO 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 NALVAL E OCEÂNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof.ªD.Sc.Marta Cecilia Tapia Reyes

________________________________________________

Prof.D.Sc. Julio Cesar Ramalho Cyrino

________________________________________________

Prof.D.Sc. Severino Fonseca da Silva Neto

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

ABRIL DE 2016

3

Mattos, Jonas

Alternativa de Configuração da Estrutura de Diques

Flutuantes/ Jonas Mattos - Rio de Janeiro: UFRJ/ ESCOLA

POLITÉCNICA, 2015

VIII, 65 p.: il.: 29,7 cm.

Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes

1. Introdução 2. O Dique Flutuante 3. Problemas com

Manutenção 4. Painéis Reforçados X Painéis Corrugados 5.

Estudo de Caso 6. Conclusões 7. Referências

Projeto de Graduação - UFRJ/ POLI/ Engenharia

Naval e Oceânica, 2016

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

do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia

Naval e Oceânica. III. Alternativa de Configuração da

Estrutura de Diques Flutuantes

4

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar, agradeço a Petrobras por me darem todo o suporte em termos de

material e recursos.

A minha família no geral. Com destaques para meus pais, Jonas e Claúdia, minha irmã

Júlia e, especialmente, para a minha segunda mãe Socorro que aguentaram momentos

de angústia e nervosismo. Com toda certeza, sem eles não seria possível concluir esse

trabalho.

Ao amigo Richard Fahrnholz, que certamente foi o grande presente que a Engenharia

Naval me deu, muito obrigado pela amizade e companheirismo.

A minha orientadora Marta, por toda ajuda prestada durante a elaboração deste

trabalho. Contribuindo com seu conhecimento, sua criativadade, sua dedicação, suas

correções e sua diversão. Foi um grande prazer.

A minha turma da Engenharia Naval e Oceânica, que soube acolher de maneira singular

um aluno que veio de outra engenharia. Obrigado pelos momentos de estudo, diversão

e pelas horas de alegria, mesmo em momentos difíceis.

5

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.

Alternativa de configuração da estrutura de diques flutuantes

Jonas Mattos

Abril/2016

Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Na construção naval é necessário projetar e obter estruturas cada vez mais

confiáveis desde o ponto de vista da segurança, construtivo, operacional e de

manutenção. Estruturas mais simples de serem construídas, com menor quantidade

de solda e por consequência menor probabilidade de falhas se apresentam como

alternativa. A proposta é estudar a possibilidade de utilização de painéis corrugados

em substituição dos tradicionais painéis reforçados na estrutura de diques

flutuantes.

Palavras-chave: Dique, Dique Flutuante, Estrutura, Painel Corrugado, Elementos

Finitos.

6

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

the requirements for the degree of Naval Engineer.

Alternative of structural configuration of floating dry docks

Jonas Pinho de Mattos

April/2016

Advisor: Marta Cecília Tapia Reyes

Course: Naval Engeneering

In shipbuilding is necessary to design and obtain increasingly reliable structures

from the security, constructive, operational and maintenance point of view. Simpler

structures to be constructed with less amount of solder and therefore less likely to

fail are presented as excellent alternatives. The proposal is to study the possibility

of using corrugated panels instead of traditional reinforced panels in the structure

of floating dry docks.

keywords: Flexible Dry Dock, Floating Dry Docks , Structure, Corrugated Panels,

finite elements.

7

Sumário

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 10

2. O DIQUE FLUTUANTE .................................................................................................................. 12

3. PROBLEMAS COM MANUTENÇÃO .............................................................................................. 15

3.1. FALHAS COM A SOLDA ................................................................................................................... 16

4. PAINÉIS REFORÇADOS X PAINÉIS CORRUGADOS......................................................................... 19

4.1. PAINEL REFORÇADO ...................................................................................................................... 19

4.2. PAINEL CORRUGADO ..................................................................................................................... 20

5. ESTUDO DE CASO: DIQUE FLUTUANTE CONSTRUA ..................................................................... 22

5.1. CHAPEAMENTO (REF [1] SEC 7, B101) ............................................................................................ 24

5.1.1. Chapeamento do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B102) ................................................................. 25

5.1.2. Chapeamento qualquer posição (Ref [1] Sec 6 B100) ......................................................... 25

5.1.3. Chapeamento Inferior do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B102) .................................................... 25

5.1.4. Chapeamento Superior do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B103) .................................................. 26

5.1.5. Chapeamento do Costado de Fora Das Colunas Estabilizadoras (Ref [1] Sec 7 D100) ....... 26

5.1.6. Chapeamento do Costado de Dentro Das Colunas Estabilizadoras (Ref [1] Sec 7 D100) ... 27

5.1.7. Chapeamento do Convés Das Colunas Estabilizadoras (Ref [1] Sec 7 D200) ...................... 28

5.2. REFORÇADORES (REF[1] SEC 7, B200) ............................................................................................ 28

5.2.1. Longarinas e Hastilhas (Ref [2] Sec6. F100) ........................................................................ 28

5.2.2. Longitudinais Fundo do Pontoon (Ref [1]Sec 7, B201) ........................................................ 29

5.2.3. Longitudinais Deck do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B202) ......................................................... 30

5.2.4. Cavernas (Ref [1] Sec 7 B300) ............................................................................................. 30

5.2.5. Longitudinais Deck das Colunas Estabilizadoras (Ref [1] Ch2. Sec7. D204) ........................ 31

5.2.6. Longitudinais do Costado das Colunas Estabilizadoras (Ref [2] Sec7. C100) ...................... 32

5.2.7. Anteparas Transversais (Ref [2]Sec 9) ................................................................................ 32

5.2.8. Prumos das Anteparas (Ref [2]Sec 9) .................................................................................. 33

5.2.9. Anteparas Longitudinais (Ref [2]Sec 9) ............................................................................... 34

5.3. DIMENSIONAMENTO DOS REFORÇADORES ......................................................................................... 36

5.4. MÓDULO DE SEÇÃO ...................................................................................................................... 39

5.5. MODELAÇÃO NO RHINOCEROS ........................................................................................................ 39

8

5.6. CONFIGURAÇÃO DO DIQUE COM A CORRUGA .................................................................................... 43

5.6.1. Geometria da Corruga ........................................................................................................ 43

5.6.2. Módulo de Seção Requerido x Módulo de seção dos Longitudinais ................................... 44

5.6.3. Cálculo do Módulo de Seção ............................................................................................... 45

5.6.4. Teste de Flambagem ........................................................................................................... 46

5.6.5. Modelação no Rhinoceros da Corruga................................................................................ 47

6. CONCLUSÕES .............................................................................................................................. 51

7. REFERÊNCIAS .............................................................................................................................. 53

ANEXO 1 – MOMENTO MÁXIMO DIQUE FLUTUANTE............................................................................. 1

ANEXO 2 – MÓDULO DE SEÇÃO ............................................................................................................. 2

FIGURA 1 - EXEMPLO DE DIQUE FLUTUANTE ......................................................................................................... 10 FIGURA 2 - DIQUE FLUTUANTE X DIQUE SECO ....................................................................................................... 12 FIGURA 3 - ESQUEMA DAS PARTES PRINCIPAIS DO DIQUE ........................................................................................ 13 FIGURA 4 - ESQUEMA DA VISTA LATERAL DO DIQUE "PONTOON" ............................................................................ 13 FIGURA 5 - ESQUEMA DA VISTA LATERAL DO DIQUE "CAISSON"............................................................................... 14 FIGURA 6 - ESQUEMA DA VISTA LATERAL DO DIQUE "SECCIONAL" ........................................................................... 14 FIGURA 7 - DIFERENÇAS DIQUES, PLATAFORMAS E NAVIOS NA MANUTENÇÃO ............................................................. 15 FIGURA 8 - ÁREAS COM CORROSÃO ELEVADA ....................................................................................................... 16 FIGURA 9 - CORDÃO DE SOLDA COM TRINCA ........................................................................................................ 17 FIGURA 10 - TIPOS DE PERFIS DE REFORÇADORES .................................................................................................. 19 FIGURA 11 - EXEMPLO DE ESTRUTURA COM PAINÉIS REFORÇADOS ........................................................................... 19 FIGURA 12 - EXEMPLOS DOS PONTOS DE SOLDA DOS REFORÇADORES "T" ................................................................. 20 FIGURA 13 - ANTEPARA CORRUGADA .................................................................................................................. 20 FIGURA 14 - EXEMPLO DE SOLDA PAINÉIS CORRUGADOS ........................................................................................ 21 FIGURA 15 - ESTALEIRO DE REPARO CONSTRUA .................................................................................................... 22 FIGURA 16 - CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO DIQUE............................................................................................. 22 FIGURA 17 - REGIÃO NA QUAL O PAINEL REFORÇADO SERÁ SUBSTITUÍDO .................................................................... 23 FIGURA 18 - ESPESSURAS COMERCIAS USIMINAS................................................................................................... 24 FIGURA 19 - REFORÇADOR "T" .......................................................................................................................... 37 FIGURA 20 - ESTRUTURA PAINÉIS REFORÇADOS .................................................................................................... 40 FIGURA 21 - ESTRUTURA PAINÉIS REFORÇADOS .................................................................................................... 40 FIGURA 22 - GEOMETRIA DA CORRUGA ............................................................................................................... 44 FIGURA 23 - DETALHE DA CORRUGA ................................................................................................................... 48 FIGURA 24 - CORRUGA NO CASCO ...................................................................................................................... 48

TABELA 1 - COMPARAÇÃO DIQUE FLUTUANTE X DIQUE SECO .................................................................................. 12 TABELA 2 - REFORÇOS DO PONTOON .................................................................................................................. 38 TABELA 3 - REFORÇOS DAS COLUNAS ESTABILIZADORAS .......................................................................................... 38 TABELA 4 - REFORÇOS ANTEPARA TRANSVERSAL ................................................................................................... 38 TABELA 5 - REFORÇOS ANTEPARA LONGITUDINAL .................................................................................................. 38 TABELA 6 - RESULTADO DO CÁLCULO DE MÓDULO DE SEÇÃO .................................................................................. 39 TABELA 7 - PESO E CG PAINÉIS REFORÇADOS ....................................................................................................... 41 TABELA 8 - COMPRIMENTO DE SOLDA REFORÇADORES ........................................................................................... 41 TABELA 9 - COMPRIMENTO DE SOLDA DAS CHAPAS ................................................................................................ 42 TABELA 10 - CÁLCULO DO MÓDULO DE RESISTÊNCIA .............................................................................................. 46

9

TABELA 11 - PESO E CG CORRUGA...................................................................................................................... 49 TABELA 12 - COMPRIMENTO DE SOLDA DAS CHAPAS .............................................................................................. 50 TABELA 13 - TABELA COMPARATIVA EM RELAÇÃO AO PESO ...................................................................................... 51 TABELA 14 - TABELA COMPARATIVA EM RELAÇÃO AO COMPRIMENTO DE SOLDA .......................................................... 51

10

1. INTRODUÇÃO

Na construção naval é necessário projetar e obter estruturas cada vez mais confiáveis

desde o ponto de vista da segurança, construtivo, operacional e de manutenção.

Estruturas mais simples de serem construídas, com menor quantidade de solda e por

consequência menor probabilidade de falhas se apresentam como alternativa. A

proposta é estudar a possibilidade de utilização de painéis corrugados em

substituição dos painéis reforçados tradicionais na estrutura de diques flutuantes.

A estrutura o dique flutuante estará de acordo com as regras da classificadora DNV.

Será realizado o projeto da estrutura de um dique flutuante tradicional - com painéis

reforçados - e posteriormente serão substituídos os painéis reforçados por painéis

corrugados.

Figura 1 - Exemplo de Dique Flutuante

Na seção 2 será feito um resumo sobre o que é um dique flutuante, suas principais

partes, os tipo de diques flutuantes e uma comparação entre diques flutuantes e

diques secos.

Na seção 3, serão apresentados brevemente os problemas com a manutenção na

construção naval. Um paralelo entre plataformas e diques flutuantes será traçado e

as diferenças no que concerne manutenção entre essas duas estruturas e o navio.

Será também visto os problemas com a solda no que diz respeito à manutenção em

estruturas flutuantes.

Na seção 4, um estudo entre as diferenças de painéis corrugados e reforçados será

realizado, onde serão apontados vantagens e desvantagens sobre cada uma das

categorias.

Na seção 5, será feito um estudo de caso com um dique flutuante projetado pelo

laboratório Construa. Nessa seção será projetada a estrutura do dique flutuante com

11

base nas regras da DNV, chapeamento e reforçadores. Para essa estrutura proposta,

será calculado o módulo de seção afim de saber se ela resiste às cargas de projeto.

Um modelo no Rhinoceros de superfície será feito para facilitar a visualização da

estrutura e o cálculo de comprimento de solda, em uma parte desejada, peso e CG

do dique. Nessa mesma seção, será estudada a modificação de uma parte do dique

que possui painéis reforçados para painéis corrugados. Mais um modelo de

superfícies no Rhinoceros será gerado para buscar para, novamente facilitar o cálculo

do peso e CG e também do comprimento de solda.

Na seção 6, se tomará as conclusões sobre o estudado entre essas modificações,

visando buscar vantagens e desvantagens sobre as configurações e possíveis ganhos

em cada configuração. Também serão propostas diretrizes para projetos futuros.

A seção 7 é uma parte de referências tomadas para realizar este projeto.

Há dois anexos que fazem parte desse estudo que estão no final do relatório.

12

2. O DIQUE FLUTUANTE

Antes de começar o processo de projeto estrutural de um dique flutuante, é preciso

entender primeiramente o objeto do projeto como um todo.

Diques flutuantes são estruturas que conseguem usando a força empuxo levantar

uma embarcação da água para que reparos, manutenção e outras operações que

precisem do navio fora da água sejam realizadas. Por esse motivo, geralmente são

estruturas com grandes dimensões e com grande porte.

Usualmente, os diques flutuantes tem capacidade de elevação que varia entre

centenas de toneladas até 100000 toneladas - a faixa que representa uma maior

vantagem econômica para o dique é entre 1000 e 100000 t.

Figura 2 - Dique flutuante x Dique Seco

Os estaleiros podem escolher diversos outros tipos de dique e formas para realizar

operações de reparo e manutenção. Geralmente, o grande embate coloca o dique

flutuante contra o dique seco. Assim, é importante salientar as vantagens e

desvantagens que um tem em relação ao outro.

Tabela 1 - Comparação Dique Flutuante x Dique Seco

Comparação Dique Flutuante em relação a Dique Seco

Vantagens do Dique Flutuante Desvantagens do Dique Flutuante Pode ser construído em um estaleiro com preço mais barato de construção e

rebocado até o local que o dique de fato irá operar; No dique flutuante é preciso se ter grandes

manutenções em bombas, válvulas e na estrutura;

Após certo tempo de uso o dique pode ser vendido para outro estaleiro, o que o torna um ativo importante para um determinado estaleiro e aumenta as chances

de financiamento na construção de um dique;

Em locais onde a variação da maré é grande, pode ser que a ancorar ou realizar certos tipos de operações

fique mais complicado;

Navios podem ser transferidos da costa para ele e para fora dele com operações não tão complexas;

É preciso se preocupar com muito mais precaução com a estabilidade do navio e do dique, sistemas de

bombeio e a deflexão longitudinal do dique enquanto ele doca algum navio;

Navios maiores que o dique podem ser docados colocando a proa ou popa em situação de balanço com o dique;

Custos de manutenção geralmente são mais altos;

O dique pode ser movido para águas mais profundas para operações de docagem, o que pode reduzir as operações de dragagem;

-

Pode-se aumentar o tamanho do dique unindo módulos à ele, o que é mais difícil fazer em diques secos;

-

Não é necessário espaço físico em terra do estaleiro para se ter um dique; -

A construção na fase inicial é mais barata. -

13

Um dique flutuante é basicamente divido em duas partes: o pontoon e as colunas

estabilizadores. O pontoon é a parte do dique que fica reservado para dar a flutuação

necessária para emergir a embarcação. As colunas estabilizadoras servem para

prover flutuabilidade extra ao dique quando ele se encontrá imerso e ajuda a prover

uma maior estabilidade ao dique.

Figura 3 - Esquema das Partes Principais do Dique

Existem algumas classificações para diques flutuantes, eles podem ser basicamente

de três tipos:

Pontoon ou "Rennie"

Os diques flutuantes desse tipo têm colunas estabilizadoras contínuas porém seus

pontoons são seccionados. Geralmente, esses diques são mais fracos

longitudinalmente já que só as colunas estabilizadoras contribuem de maneira 100%

efetiva para a resistência longitudinal da estrutura e por essa razão ele não pode ser

rebocado no mar.

Figura 4 - Esquema da Vista Lateral Do Dique "Pontoon"

14

Caisson

Nesse tipo, o pontoon e as colunas estabilizadoras são contínuos. Ele é construído

como uma estrutura única. Ele pode ser mais leve e mais resistente que qualquer

outro tipo de dique visto que toda sua estrutura contribui para a resistência

longitudinal da estrutura. Entretanto, ele não pode se auto-docar. É importante frisar

que esse será o tipo de dique objeto de estudo desse relatório.

Figura 5 - Esquema da Vista Lateral Do Dique "Caisson"

Seccional

Não possui continuidade estrutural ao longo de seu comprimento. Devido a esse

fator, as operações de lastreamento e deslastreamento são muito complicadas. Eles

podem ser auto-docados.

Figura 6 - Esquema da Vista Lateral Do Dique "Seccional"

15

3. PROBLEMAS COM MANUTENÇÃO

A matéria prima da indústria naval é, majoritariamente, aço. Dessa forma, diversos

problemas inerentes a esse tipo de material estão presentes no meio naval, sejam

eles: corrosão, trincas, flambagem, rupturas e fadigamento do material.

No Brasil, existe uma deficiência quanto à existência de estaleiros específicos para o

reparo de embarcações ou estruturas flutuantes. Isso ocorre muito em função de

uma carência de espaço e uma necessidade forte de construção de novas

embarcações com características muito específicas, deixando de lado o investimento

em áreas específicas para o reparo e a manutenção de grandes estruturas navais.

Nesse contexto, é de se esperar que os armadores e operadores cada vez mais

busquem soluções que tornem o problema da manutenção menor e que caso seja

preciso a realizar ocorra de maneira mais fácil e rápida possível. Entretanto, há

enormes diferenças entre manutenção de embarcações e a que ocorre em outras

estruturas como plataformas e diques flutuantes.

No caso das embarcações, por contrato, elas possuem um intervalo de tempo no qual

elas realizam manutenções preventivas e o contratante do serviço da embarcação

ainda continua desembolsando a diária da mesma. O que já não ocorre no caso de

plataformas e diques, são estruturas que devem ser projetadas para que não percam

tempo de operação com manutenções durante toda sua vida útil. O custo que geraria

para uma plataforma em operação para realizar uma manutenção é demasiado

elevado e não seria nem viável a rebocá-la para outro local pois ela estaria com

diversos risers e tubulações conectadas, o mesmo acontece com o dique todo dia em

que ele estivesse em manutenção seria menos um dia de receita.

Figura 7 - Diferenças Diques, Plataformas e Navios na manutenção

Não são apenas essas as semelhanças entre diques e plataformas no quesito

manutenção. Ambas são estruturas muito difíceis de serem manuseadas e docadas

devido às grandes medidas que os dois apresentam e também devido ao fato de que

eles não têm a característica de auto-propulsão, o que torna mais dificil uma possível

ida a uma facilidade de reparo.

16

No que diz respeito aos tipos de falhas, é possível encontra-las em maior parte em

locais concentradores de tensão ou onde a corrosão pode ser muito severa.

Colocando em foco novamente os diques flutuantes, existem diversas áreas e regiões

que se tem que ter cuidado com relação a manutenção da integridade estrutural são

elas:

O deck do pontoon, é geralmente uma das primeiras áreas a demonstrar

corrosões;

A interseção entre a parte interna das colunas estabilizadoras e o deck do

pontoon;

A interseção entre o deck de segurança e a parte interna do chapeamento das

colunas estabilizadoras;

A parte interna das colunas estabilizadoras em geral, principalmente do deck

do pontoon até uns 3 metros acima;

Áreas perto de válvulas, bombas e tubulações de lastro onde a água está se

movendo a velocidades elevadas.

Figura 8 - Áreas com Corrosão Elevada

É possível ver que há uma concentração e uma preocupação extra com a região das

colunas estabilizadoras, pois eles representam transições de direções, interseções

importantes na geometria e estão em contato quase direto com a água salgada.

Somada a essas áreas de corrosão têm-se as regiões de solda, que são sempre

regiões de grande preocupação quando o assunto é manutenção e reparo em

estruturas de aço.

3.1. Falhas com a Solda

Diversos são os problemas com a soldagem que podem causar falhas e até acidentes

estruturais em qualquer estrutura naval. Essas falhas são extremamente perigosas e

além de causar um forte risco a segurança e integridade da estrutura, das pessoas e

17

do meio ambiente pode causar um enorme prejuízo com manutenção aos donos e

operadores do ativo em questão.

Os defeitos na soldagem podem ocorrer por diversos motivos, desde o uso não

próprio de materiais durante o processo, a falha humana dos soldadores, uma técnica

de soldagem escolhida de maneira errada para realizar determinado trabalho ou até

condições desfavoráveis que impede ou não torna a fusão da solda perfeita.

As falhas mais comuns são as trincas. Elas podem acontecer de várias maneiras

diferentes. Alguns métodos de soldagem, por exemplo, que envolvem fusão do metal

no local da junção são tendentes a provocar a retração do metal aquecido depois que

ele esfria, o que pode causar tensões residuais, distorções – o produto final fica

deformado – e até trincas.

Figura 9 - Cordão de Solda com Trinca

Como dito acima, é preciso ficar muito atento com o problema das tensões residuais.

Essas tensões diminuem a resistência do metal de base. Em alguns casos pode

ocorrer fissurações que acontecem na zona termicamente afetada. Para amenizar tal

situação e quem sabe evitá-la, deve ser limitada a quantidade de calor e a sequência

de soldagem deve ser escolhida de maneira correta.

Outra grande preocupação é a fragilização por hidrogênio. Sabe-se que vários metais

se tornam quebradiços depois de serem expostos ao hidrogênio. Isso acontece

quando o hidrogênio está presente no eletrodo ou no ambiente de soldagem e

acontece o resfriamento rápido aprisionando-o na zona de solda.

Certas vezes, o defeito ocorre por conta de uma a escolha infeliz do soldador acerca

do melhor e mais apropriado método de soldagem ou, ainda, pode ter conexão com

a seleção inadequada das ferramentas para realizar a tarefa. Outras vezes, o defeito

pode acontecer por conta de uma falha automática durante a execução do

procedimento de soldagem, por exemplo, um movimento rápido realizando uma

soldagem fraca.

O problema dito acima é inda mais gritante em grandes estruturas como

embarcações e estruturas flutuantes. Por isso, é preciso que se faça um procedimento

de soldagem confiável escolhendo os melhores equipamentos, métodos, condições

do ambiente e técnicos possíveis. Sem contar uma inspeção de qualidade pode evitar

maiores danos.

É possível enxergar que a soldagem apesar de ter sido um grande avanço na indústria

naval no sentido de aumentar produtividade e diminuir peso de aço, possui problemas

18

e cuidados muito específicos que podem facilmente colocar em perigo ou em

manutenção a estrutura flutuante. Conclui-se que seria sempre melhor reduzir o

comprimento de solda de qualquer estrutura evitando assim possíveis danos como

descritos acima, maior controle dimensional e menor possibilidade de futuros reparos

e pausas para manutenções.

19

4. PAINÉIS REFORÇADOS X PAINÉIS CORRUGADOS

Nesse contexto de buscar alternativas estruturais que fossem cada vez confiáveis. E

ainda, buscando estruturas mais otimizadas em relação ao peso, surge o uma ideia

de se utilizar corrugas para tentar otimizar estruturas. Nessa seção, será feito um

comparativo entre o painel reforçado e o painel corrugado.

4.1. Painel Reforçado

Essa é a clássica configuração estrutural presente na Indústria Naval. É composta

por chapas de aço e reforçadores que variam em direção e formato. Podem ter o

formato de “T”, cantoneiras, “U”, perfis bulbos, como é mostrado na figura abaixo:

Figura 10 - Tipos de perfis de Reforçadores

Como dito acima, esses diferentes tipos de perfis podem ser usados tanto

longitudinalmente como transversalmente, dependendo do tipo de navio. Para navios

ou estruturas flutuantes com o corpo paralelo muito comprido ou geometria sem

muitas curvaturas se escolhe um reforço longitudinal, já para navios ou regiões com

muita curvatura presente se escolhe o reforço transversal.

Figura 11 - Exemplo de Estrutura com Painéis Reforçados

20

Logicamente, que esse tipo de configuração estrutural ficou muito famosa na

indústria naval, em grande parte, por ser uma forma de economia em quantidade de

aço do que simplesmente escolhendo chapas de aços sem reforçadores mais

espessas.

Não é simples montar um painel reforçado, porque ele envolve tanto uma inspeção

de qualidade e dimensional na chapa, nos reforçadores e na solda. No quesito

soldagem, um painel reforçado possui grande quantidade de solda presente, pois é

preciso soldar as chapas e depois todos os reforçadores nas chapas já unidas.

Figura 12 - Exemplos dos Pontos de Solda dos Reforçadores "T"

4.2. Painel Corrugado

Esse tipo de painel é classicamente utilizado nas anteparas transversais de

graneleiros, pois como não possui reforçadores o minério não fica depositado e assim

fica mais fácil a limpeza dos porões. Como dito acima, não possui reforçadores, as

corrugas agem como elementos estruturais gigantes.

Figura 13 - Antepara Corrugada

21

É possível notar a enorme quantidade de solda que se economiza ao se utilizar os

painéis corrugado em vez dos clássicos painéis reforçados. Enquanto no caso com

reforços é preciso no mínimo de dois cordões de solda podendo chegar até quatro

por reforçador e a união das chapas, no caso da corruga é só preciso soldar a união

das corrugas.

Figura 14 - Exemplo de Solda Painéis Corrugados

Existem estudos que utilizam o painel corrugado como componentes dos cascos de

pontoons em plataformas semi-submersíveis para que com isso haja a redução de

peso, redução na quantidade de solda, mão de obra e tempo de fabricação. Como

dito na seção 2, existem paralelos entre diques flutuantes e plataformas semi-

submersíveis como por exemplo, ambos não têm como atividade fim a

autopropulsão. Assim, surge como boa alternativa utilizar o painel corrugado no

casco de um dique flutuante e compará-lo com a estrutura reforçada clássica.

22

5. ESTUDO DE CASO: DIQUE FLUTUANTE CONSTRUA

Com o objetivo de estudar os benefícios presentes com a alteração de painel

reforçado clássico por painel corrugado, visando todos os ganhos citados nas seções

anteriores, utilizou-se um dique já projetado pelo Laboratório Construa.

Esse dique flutuante fazia parte de um projeto de estaleiro de reparo do laboratório

e toda sua parte hidrostática já havia sido projetada anteriormente. Abaixo é possível

ver duas imagens, uma que mostra o estaleiro de reparo e uma tabela com as

características hidrostáticas do dique flutuante.

Figura 15 - Estaleiro de Reparo Construa

Figura 16 - Características Principais do Dique

Como dito, a parte hidrostática do dique havia sido feita, entretanto, era ainda

preciso o definir estruturalmente. Primeiramente, ele será inteiramente definido com

painéis reforçados para que depois uma parte de sua estrutura seja modificada para

painéis corrugados e então seja estudada suas diferenças com relação a peso de aço,

centro de gravidade e comprimento de solda.

A parte da estrutura que será modificada pode está marcada na figura abaixo em

vermelho.

Comprimento (m) 300

Boca total (m) 64

Boca Interna (m) 56

Altura Pontoon (m) 4,44

Altura Colunas Estabilizadoras (m) 14

Capacidade de Elevação (t) 30000

Número de Tanques 30

Características Principais do Dique Flutuante

23

Figura 17 - Região na qual o painel reforçado será substituído

Algumas considerações devem ser feitas para se explicar o motivo de tal escolha.

Em primeiro lugar, essa é uma região que é simples de se modificar a configuração

estrutural devido a geometria do local ser facilitada. Não se poderia modificar o

deck do pontoon nem o deck das colunas estabilizadoras porque o deck do pontoon

irá apoiar o navio e o deck das colunas estabilizadoras geralmente tem guindastes

apoiados para auxiliar na operação do dique.

Era possível modificar o fundo do dique e as anteparas, porém para se evitar

problemas de interseções entre corrugas e geometrias mais complexas, nessa

primeira volta da espiral de projeto será feita a modificação apenas nessa região

das colunas estabilizadoras nos dois bordos.

Como dito anteriormente, as dimensões do dique flutuante já foram definidas, agora

é preciso definir a estrutura do dique como sendo a clássica estrutura de painéis

reforçados para depois estudar a substituição dela para painéis corrugados. Para isso,

foi utilizado a regra da DNV Rules for Floating Docks 2012[1] para projetar a

estrutura.

A regra da DNV [1] foi seguida para se determinar as espessuras de chapas, as

inércias dos reforçadores e espessuras dos gigantes. Ao final da definição dos

elementos estruturais, será feito uma comprovação de que com esses elementos o

dique resiste aos esforços segundo o regulamento da DNV[1] As seções à seguir

descrevem esses cálculos.

As espessuras serão arredondadas pelas espessuras comerciais da Usiminas

conforme figura abaixo:

24

Figura 18 - Espessuras Comercias Usiminas

5.1. Chapeamento (Ref [1] Sec 7, B101)

Nessa seção será definida as espessuras de chapa do dique flutuante. A espessura

de qualquer chapa do dique flutuante não deve ser menor em lugar algum a:

𝑡 = 𝑠 ∗ √𝐿𝐷

𝑓1 (𝑖)

Onde,

t =espessura do chapeamento (mm)

s = espaçamento do reforçador (m) = 0,8m

Ld = comprimento do dique (m) = 300m

𝑓1 = fator de material dependendo do tipo de aço usado = 1

𝑡 = 0,8 ∗ √300

1= 13,85 𝑚𝑚 utilizando espessura comercial 𝐭 = 𝟏𝟔𝐦𝐦

25

5.1.1. Chapeamento do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B102)

A espessura do chapeamento inferior do pontoon não deve ser menor do que dito na

Sec. 6 B100 da regra.

5.1.2. Chapeamento qualquer posição (Ref [1] Sec 6 B100)

A seção da regra citada acima diz que qualquer chapa submetida à pressões laterais,

não deve ter espessura menor que:

𝑡 = 15,8 ∗ 𝑘𝑎 ∗ 𝑠√𝑝

𝜎+ 𝑡𝑘 (𝑖𝑖)

Onde,

t = espessura do chapeamento (mm);

𝑘𝑎= fator de correção para razão de aspecto da chapa ;

{

𝑘𝑎 = (1,1 − 0,25 ∗ 𝑠/𝑙)²

𝑘𝑎 = 1,0 𝑠𝑒 𝑠𝑙⁄ = 0,4

𝑘𝑎 = 0,72 𝑠𝑒 𝑠𝑙⁄ = 1,0

o s = o espaçamento dos reforçadores da chapa (m)= 0,8m ;

o l = Vão livre dos reforçadores da chapa (m) = 1,0 m;

o 𝑘𝑎= (1,1-0,2*)²= 0,81

s = 0,8m

p = pressão de projeto em kN/m², esse p irá variar dependendo da posição

do chapeamento no dique que se quer calcular;

𝜎 = tensão causada pela flexão devido à pressão lateral em N/mm², esse

parâmetro também irá variar dependendo do caso;

𝑡𝑘 = adicional na espessura causado pela corrosão = 3mm

5.1.3. Chapeamento Inferior do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B102)

Finalmente, volta-se para e espessura do chapeamento inferior do pontoon. Ele é

considerado como sendo o caso de pressão lateral com p e 𝜎 definidos como:

1. 𝜎 = 70 ∗ 𝑓1 + 100(𝑓1 − 𝑓2) 𝑜𝑢 𝑚á𝑥 120 ∗ 𝑓1

Onde:

𝑓1 = fator de material, como material é aço NV-NS, 𝑓1= 1

𝑓2 = Fator que depende dos módulos de seção do fundo ou do deck, nesse

caso será a relação entre a versão do projeto e a versão requerido pela regra,

será considerado como um sendo 20% maior que o outro, então = 0,83

Dessa maneira:

26

𝜎 = 70 ∗ 𝑓1 + 100(𝑓1 − 𝑓2) = 70 + 100 ∗ (1 − 0,83) =87𝑁

𝑚𝑚2

“p” nesse caso é considerado como sendo a pressão hidrostática que a água

exerce na condição de pior calado. Como a borda livre estabelecida não pode

ser menor que um metro, a pior condição de calado é de treze metros.

𝑝 = 187,78𝑘𝑁

𝑚2, 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑝1 (𝑟𝑒𝑓[2] 𝑆𝑒𝑐6. 𝐵100)

Aplicando esses valores de p e 𝜎 na fórmula ii dessa seção têm-se:

𝒕𝒊𝒏𝒇𝒑𝒐𝒏𝒕𝒐𝒐𝒏 = 15,8 ∗ 0,81 ∗ 0,8 ∗ √187.78

87+ 3

= 18,04 𝑚𝑚 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝟏𝟗, 𝟎𝟎𝒎𝒎

5.1.4. Chapeamento Superior do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B103)

O procedimento para se determinar o chapeamento superior do pontoon é semelhante ao utilizado para a parte inferior. Entretanto os valores de p e 𝜎 mudam

de acordo com o dito abaixo.

𝜎 = 110 ∗ 𝑓1 + 100(𝑓1 − 𝑓2)𝑜𝑢 𝑚á𝑥 160 ∗ 𝑓1 = 110 + 17 = 127 𝑁/𝑚𝑚²

Nesse caso o p corresponde a pressão p4 da 𝑟𝑒𝑓[2] 𝑆𝑒𝑐6. 𝐵100. Dessa maneira p:

𝑝 = 322,13 𝑘𝑃𝑎

A espessura fica sendo então:

𝒕𝒄𝒐𝒏𝒗é𝒔𝒔𝒖𝒑𝒑𝒐𝒏𝒕 = 15,8 ∗ 0,81 ∗ 0,8 ∗ √322,13

127+ 3 =

19,31 𝑚𝑚 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝟐𝟐, 𝟒𝟎𝒎𝒎

5.1.5. Chapeamento do Costado de Fora Das Colunas Estabilizadoras

(Ref [1] Sec 7 D100)

A espessura do chapeamento nessa região não deve ser menor do que a fórmula (ii).

O que irá variar é o “p” e o 𝜎. Esses parâmetros são definidos segundo a regra da

DNV. Assim:

Começando pelo 𝜎:

𝜎 = 140𝑁/𝑚𝑚²

P = 𝑝1 − 𝑝8, e esses dados são da tabela B1 da Sec7. Ref [2]

𝑝1 = 10 ∗ ℎ0 + 𝑝𝑑𝑔

𝑝𝑑𝑔 = 79,34 𝑘𝑁/𝑚² de acordo com a definição da Sec4. C201 da ref [2]

27

ℎ0 = 13m

𝑝1 = 10 ∗ 13 + 57,77 = 187,78kN/m²

Com isso o p fica sendo:

𝑝 187,78kN/m²

Finalmente, a espessura:

𝒕𝒄𝒐𝒔𝒕𝒇𝒐𝒓𝒂𝒇𝒍𝒖𝒕 = 15,8 ∗ 0,81 ∗ 0,8 ∗ √187,78

140+ 3

= 14,85 𝑚𝑚 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝟏𝟔, 𝟎𝟎𝒎𝒎

5.1.6. Chapeamento do Costado de Dentro Das Colunas

Estabilizadoras (Ref [1] Sec 7 D100)

A espessura do chapeamento nessa região não deve ser menor do que a fórmula (ii).

O que irá variar é o “p” e o 𝜎. Esses parâmetros são definidos segundo a regra da

DNV. Assim:

Começando pelo 𝜎:

𝜎 = 140𝑁/𝑚𝑚²

P = 𝑝1 − 𝑝8, e esses dados são da tabela B1 da da Sec7. Ref [2]

𝑝1 = 10 ∗ ℎ0 + 𝑝𝑑𝑔

𝑝𝑑𝑔 = 75,45 𝑘𝑁/𝑚² de acordo com a definição da Sec4. C201 da ref [2]

ℎ0 = 13m

𝑝1 = 10 ∗ 13 + 57,77 = 187,78kN/m²

Com isso o p fica sendo:

𝑝 = 187,78 kN/m²

Finalmente, a espessura:

𝒕𝒄𝒐𝒔𝒕𝒅𝒆𝒏𝒕𝒇𝒍𝒖𝒕 = 15,8 ∗ 0,81 ∗ 0,8 ∗ √187,78

140+ 2

= 14,85 𝑚𝑚 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝟏𝟔, 𝟎𝟎𝒎𝒎

28

5.1.7. Chapeamento do Convés Das Colunas Estabilizadoras (Ref [1]

Sec 7 D200)

A espessura mínima é definida como:

𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣é𝑠𝑓𝑙𝑢𝑡 = 7,5 + (𝑠 − 0,6)7,5 (𝑚𝑚)

Onde:

s=0,8m = espaçamento dos reforçadores

Assim,

𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣é𝑠𝑓𝑙𝑢𝑡 = 7,5 + (0,8 − 0,6)7,5 = 9𝑚𝑚

Porém nenhuma espessura de chapa deve ser menor que 16 mm, assim:

𝒕𝒄𝒐𝒏𝒗é𝒔𝒇𝒍𝒖𝒕 = 𝟏𝟔𝒎𝒎

5.2. Reforçadores (Ref[1] Sec 7, B200)

Nessa seção define-se o módulo de seção mínimo para os reforçadores nas diversas

áreas do dique. Após a definição da seção do módulo de seção dos reforçadores, será

definida a geometria dos mesmos. Todos os reforçadores utilizados na estrutura do

dique serão do tipo “T”.

5.2.1. Longarinas e Hastilhas (Ref [2] Sec6. F100)

O chapeamento das longarinas da embarcação devem estar de acordo com as

fórmulas abaixo:

𝑡` = 6 +𝑘

√𝑓1

+ 𝑡𝑘

Onde:

K = 0.04*L1 = 12 para o caso da longarina central

K’= 0,02*L1 = 6 para o caso das longarinas laterais

𝑓1= 1;

𝑡𝑘 = 3

𝑡` = 21𝑚𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙

E:

𝑡′′ = 15 ∗ 𝑠 + 𝑡𝑘

Onde:

29

S=0,8m

𝑡𝑘 = 3

𝑡′′ = 15 𝑚𝑚

Assim,

𝑡` = 21𝑚𝑚 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡′

= 22,40 𝑚𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑒 16𝑚𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖𝑠

O módulo de seção desses reforços não deve ser menor do que :

𝑍 =100

𝜎∗ 𝑆2 ∗ 𝑏 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:

S = espaçamento das cavernas gigantes = 5,0 m;

b = distância do ponto de carregamento a um dos bordos do navio = 28 m;

p = pressão de projeto no local = 57,78 kN/𝑚2;

𝑤𝑘= fator de corrosão (ref. [2] Sec1 C1004) = 1,3

𝜎 = tensão devido à flexão = 160 N/𝑚𝑚2;

Assim:

𝑍 = 32861,9(𝑐𝑚3)

5.2.2. Longitudinais Fundo do Pontoon (Ref [1]Sec 7, B201)

O módulo de seção dos reforçadores longitudinais do fundo do pontoon não devem

ser menor do que os requerimentos da sec 6B200 que tem como fórmula base a

fórmula abaixo:

𝑍 =1000

𝜎 ∗ 𝑚∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:

l = espaçamento das cavernas gigantes = 5,0 m;

s = espaçamento dos reforçadores = 0,8 m;



𝜎 = tensão devido à flexão = 108,65 N/𝑚𝑚2;

30

𝑚 = 12

Assim,

𝑍 =1000

108,65 ∗ 12∗ 52 ∗ 0,8 ∗ 187,07 ∗ 1,3 = 3744,55(𝑐𝑚3)

5.2.3. Longitudinais Deck do Pontoon (Ref [1] Sec 7, B202)

O módulo de seção dos reforçadores longitudinais do deck do pontoon não devem

ser menor do que os requerimentos da sec 6B200 que tem como fórmula base a

fórmula abaixo:

𝑍 =1000

𝜎 ∗ 𝑚∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:




𝑤𝑘= fator de corrosão (ref. [2]Sec1 C1004) = 1,3

𝜎 = tensão devido à flexão = 108,65 N/𝑚𝑚2;

𝑚 = 12

Assim,

𝑍 =1000

108,65 ∗ 12∗ 52 ∗ 0,8 ∗ 322,15 ∗ 1,3 = 4431,18(𝑐𝑚3)

5.2.4. Cavernas (Ref [1] Sec 7 B300)

O módulo de seção das cavernas não devem ser menor do que os requerimentos da

sec 6 B200 que tem como fórmula base a fórmula abaixo:

𝑍 =1000

𝜎 ∗ 𝑚∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

31

Onde:

l = espaçamento gigantes de apoio= 10 m;

s = espaçamento dos reforçadores = 1 m;


𝑤𝑘= fator de corrosão (ref.[2] Sec1 C1004) = 1,3


𝑚 = 10

Assim,

𝑍 =1000

160 ∗ 10∗ 102 ∗ 0,8 ∗ 322,13 ∗ 1,3 = 20938,2(𝑐𝑚3)

5.2.5. Longitudinais Deck das Colunas Estabilizadoras (Ref [1] Ch2.

Sec7. D204)

O módulo de seção dos reforçadores longitudinais do deck das colunas estabilizadoras

não devem ser menor do que os requerimentos da sec 6B200 que tem como fórmula

base a fórmula abaixo:

𝑍 =1000

𝜎 ∗ 𝑚∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:






𝑚 = 12

Assim,

𝑍 =1000

160 ∗ 12∗ 52 ∗ 0,8 ∗ 53,38 ∗ 1,3 = 719,95(𝑐𝑚3)

32

5.2.6. Longitudinais do Costado das Colunas Estabilizadoras (Ref [2]

Sec7. C100)

O módulo de seção das cavernas no pontoon não devem ser menor do que os

requerimentos da sec 6B200 que tem como fórmula base a fórmula abaixo:

𝑍 =83

𝜎∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:






Assim,

𝑍 =83

160∗ 102 ∗ 0,8 ∗ 187,78 ∗ 1,3 = 2532,7(𝑐𝑚3)

5.2.7. Anteparas Transversais (Ref [2]Sec 9)

Chapeamento (Ref [2]Sec 9)

O escantilhonamento das anteparas é definido tendo como base a ref [2]Sec 9. Para

anteparas que estão sujeitas às pressões laterais, deve ser o maior valor entre:

1 − 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 15,8 ∗ 𝑘𝑎 ∗ 𝑠√𝑝

𝜎+ 𝑡𝑘

Onde:

P = 𝑝 = 𝑝1 − 𝑝9 = 95,38 kN/m²

𝜎 = 160 𝑁/𝑚𝑚²

Outros parâmetros já determinados nas seções anteriores;

𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 11,45 𝑚𝑚

33

2 − 𝑡′𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 5 +𝑘 ∗ 𝐿1

𝑓1+ 𝑡𝑘

Onde:

K = 0,02

L = 300 m

F1 =1

Tk=3mm

𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 14𝑚𝑚 → 𝑁𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙: 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 16,00𝑚𝑚

5.2.8. Prumos das Anteparas (Ref [2]Sec 9)

A espessura mínima para o flange e a alma do prumo deve ser maior do que:

𝑡′ = 4,5 + 𝑘 + 𝑡𝑘 = 12mm

𝑡′′ = 1,5 + (ℎ𝑤 ∗ √𝑓1) + 𝑡𝑘 = 9,83 mm

Dessa forma, colocando nas espessuras comerciais

𝑡′ = 12,50 𝑚𝑚

O módulo de seção não deve ser menor que o da fórmula abaixo:

𝑍 =83

𝜎∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:






Assim:

34

𝑍 = 1286,53 𝑐𝑚³

Travessas das Anteparas (Ref [2]Sec 9)


𝑡′ = 5 + 𝑘 + 𝑡𝑘 = 12,50mm


𝑡′ = 12,50 𝑚𝑚


𝑍 =100

𝜎∗ 𝑆2 ∗ 𝑏 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:

S = espaçamento gigantes de apoio= 5 m;

b = espaçamento dos reforçadores = 28 m;




Assim:

𝑍 = 54251,2 𝑐𝑚³

5.2.9. Anteparas Longitudinais (Ref [2]Sec 9)

Chapeamento (Ref [2]Sec 9)

O escantilhonamento das anteparas é definido tendo como base a ref [2]Sec 9. Para

anteparas que estão sujeitas às pressões laterais, deve ser o maior valor entre:

1 − 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 15,8 ∗ 𝑘𝑎 ∗ 𝑠√𝑝

𝜎+ 𝑡𝑘

Onde:

P = 𝑝 = 𝑝1 − 𝑝9 = 95,38 kN/m²

𝜎 = 160 𝑁/𝑚𝑚²

Outros parâmetros já determinados nas seções anteriores;

35

𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 11,45 𝑚𝑚

2 − 𝑡′𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 5 +𝑘 ∗ 𝐿1

𝑓1+ 𝑡𝑘

Onde:

K = 0,03

L = 300 m

F1 =1

Tk=3mm

𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 17𝑚𝑚 → 𝑁𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙: 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 19,00𝑚𝑚

Longitudinais das Anteparas (Ref [2]Sec 9)


1. 𝑡′ = 5 + 𝑘 + 𝑡𝑘 = 12,5mm

2. 𝑡′′ = 1,5 + (ℎ𝑤 ∗ √𝑓1) + 𝑡𝑘 = 9,83 mm


𝑡′ = 12,50 𝑚𝑚


𝑍 =83

𝜎∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:






36

Assim:

𝑍 = 1286,53 𝑐𝑚³

Prumos das Anteparas (Ref [2]Sec 9)


𝑡′ = 5 + 𝑘 + 𝑡𝑘 = 12,50mm


𝑡′ = 12,50 𝑚𝑚


𝑍 =100

𝜎∗ 𝑆2 ∗ 𝑏 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:

S = espaçamento gigantes de apoio= 5 m;

b = espaçamento dos reforçadores = 17 m;




Assim:

𝑍 = 32938,2 𝑐𝑚³

5.3. Dimensionamento dos Reforçadores

Utilizando os módulos de seção já calculados baseado na regra da DNV, pode-se

dimensionar os elementos estruturais para que, com nossas dimensões atribuídas, o

módulo de seção seja aprovado nos critérios da classificadora.

Dessa forma, segue os cálculos para o dimensionamento das estruturas para o

pontoon, as colunas estabilizadoras e anteparas do dique.

As dimensões principais de uma viga consistem em largura do flange (lf), espessura

do flange (tf), altura da alma (ha), espessura da alma (ta). As vigas possuem um

valor mínimo para o módulo de seção máximo estabelecido de acordo com a função

e esforços ao qual estarão submetidas.

O módulo de seção máximo é a razão entre o momento de inércia da seção

transversal (l) e a maior distância da linha neutra até a superfície sob flexão (y):

37

𝑆𝑀 = 𝐼

𝑦

Considerando o teorema dos eixos paralelos e o perfil T em flange, alma e chapa, o

momento de inércia transversal é calculado. Como estamos usando o perfil T

consideramos a altura sendo igual a largura, como segue figura e cálculos abaixo:

Figura 19 - Reforçador "T"

𝐼𝐵𝐿 = ∑ 𝐼0 + ∑ 𝐴𝑖 𝑦𝑖2

𝑦𝑁𝐴 = ∑ 𝐴𝑖𝑦𝑖

∑ 𝐴𝑖

𝐼𝑁𝐴 = 𝐼𝐵𝐿 − 𝐴 ∗ 𝑦𝑁𝐴2

𝑆𝑀𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 = 𝐼𝑁𝐴

𝑦𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚

𝑆𝑀𝑡𝑜𝑝 = 𝐼𝑁𝐴

𝑦𝑡𝑜𝑝

38

Nas tabelas abaixo, é possível encontrar o dimensionamento das vigas com os seus

respectivos módulos de seção:

Tabela 2 - Reforços do Pontoon

Tabela 3 - Reforços das Colunas Estabilizadoras

Tabela 4 - Reforços Antepara Transversal

Tabela 5 - Reforços Antepara Longitudinal

39

5.4. Módulo de Seção

Utilizando a referência [1] foi calculado o módulo de seção mínimo que o dique

flutuante precisaria para resistir aos momentos e esforços. A tensão admissível pela

regra era de 140 N/mm² e o momento máximo pode ser encontrado no ANEXO 1.

Ele já havia sido calculado na etapa de desenvolvimento do dique com suas

características hidrostáticas.

Dessa maneira, sabe-se que:

𝑆𝑀𝑚𝑖𝑛 = 𝑀𝑚𝑎𝑥

𝑓𝑝

Onde:

𝑀𝑚𝑎𝑥= momento máximo = 273286,68 t* m

𝑓𝑝= tensão admissível = 140N/mm²

Assim,

𝑆𝑀𝑚𝑖𝑛 = 19,15𝑚3

Como todos os elementos dessa configuração estrutural já haviam sido definidos, foi

feita uma planilha no excel que os computasse e soma-se suas respectivas inércias

e módulo de seção para que ao final se soubesse se a alternativa estrutural

conseguiria atender ao critério de ser superior ao módulo de seção mínimo. Abaixo é

possível encontrar o resultado que essa tabela gerou. Ao final do relatório no ANEXO

2 é possível a tabela definida em seus detalhes.

Tabela 6 - Resultado do Cálculo de Módulo de Seção

RESULTADOS MEIA SEÇÃO SEÇÃO COMPLETA Mínimos requeridos - DNV

Área da seção Transversal 29632,60 cm2 52890,81 cm2

Altura da linha neutra 2,97 m

Momento de Inercia 23,90 m4 45,66 m4

Módulo de Seção 10,67 m3 19,49 m3 19,15 ok

5.5. Modelação no Rhinoceros

Para avaliar o peso, o centro de gravidade e o comprimento de solda necessário na

região de interesse, utilizou-se o software Rhinoceros. Esse software permite a

modelagem da estrutura em 3D e por meio de algumas funções que nele estão

presentes fica fácil calcular o peso total de aço presente na estrutura. Abaixo é

possível ver algumas imagens da estrutura com painéis reforçados.

40

Figura 20 - Estrutura Painéis Reforçados

Figura 21 - Estrutura Painéis Reforçados

Com essa estrutura toda calculada modelada no Rhinoceros, foi possível então

usando o comando que determina área de “layers” determinar o peso e o CG do aço

da estrutura.

O Comando segue esse caminho Analyze->Mass properties->Area Moments e com

ele foi possível determinar a área de uma layer e o centroide da layer e depois

bastava multiplicar pela espessura do elemento e peso específico do aço utilizado

para se obter o peso. A tabela a seguir demonstra o cálculo realizado.

41

Tabela 7 - Peso e CG Painéis Reforçados

Apenas para reforça, o peso e o CG encontrado ao final do cálculo foi de

Peso (t) LCG (m) TCG (m) VCG (m)

23893,10 150,00 0,00 4,02

Para o cálculo de comprimento de solda, apenas se considerou a região que será

modificada posteriormente – ou seja, nas colunas estabilizadoras entre o safety deck

e a altura do deck do pontoon. Para isso o cálculo foi separado em duas etapas:

1. Solda dos Reforçadores;

2. Solda entre Chapas;

Para a primeira etapa era preciso saber quantos reforçadores haviam nessa parcela

da estrutura e em quantos pontos esses reforços eram soldados. Para tal etapa o

resultado foi o que se segue.

Tabela 8 - Comprimento de Solda Reforçadores

Comprimento de Solda Painéis Reforçados

N de Reforçadores 8

Pontos de Solda por Reforço 4

Comprimento por Ponto (m) 300

Total (m) 9600

ITENS Espessura (m) Área (m²) Volume (m³) Peso (t) LCG (m) TCG (m) VCG (m)

CHAPEAMENTO INICIO FIM 0.0190 721.28 13.70 106.89 150.00 0.00 3.70

TETO FLUTUADORES 0.0160 2400.00 38.40 299.52 150.00 0.00 14.00

COSTADO EXT 0.0180 8400.00 151.20 1179.36 150.00 0.00 7.00

COSTADO INT 0.0180 5736.00 103.25 805.33 150.00 0.00 9.22

FUNDO DOS FLUTUADORES 0.0220 8400.00 184.80 1441.44 150.00 0.00 0.00

TETO PONTOON 0.0240 16800.00 403.20 3144.96 150.00 0.00 4.44

FUNDO PONTOON 0.0220 16800.00 369.60 2882.88 150.00 0.00 0.00

SAFETY DECK 0.0160 2400.00 38.40 299.52 150.00 0.00 11.95

DECK COST PONTOON 0.0160 2400.00 38.40 299.52 150.00 0.00 4.44

LONGARINAS 0.0220 2664.00 58.61 457.14 150.00 0.00 2.22

LONGARINAS LATERAIS 0.0160 7992.00 127.87 997.40 150.00 0.00 2.22

HASTILHAS 0.0190 10985.70 208.73 1628.08 150.00 0.00 2.22

CAVERNAS GIGANTES 0.0190 4765.60 90.55 706.26 150.00 0.00 7.02

ANTEPARAS TRANSVERSAIS 0.0160 3606.40 57.70 450.08 150.00 0.00 3.70

ANTEPARAS LONGITUDINAIS 0.0160 5328.00 85.25 664.93 150.00 0.00 2.22

REFORÇADORES DE FUNDO 0.0150 18360.00 275.40 2148.12 150.00 0.00 0.34

REFORÇADORES DECK PONTOON 0.0150 15120.00 226.80 1769.04 150.00 0.00 4.13

REFORÇADORES DE CONVÉS

FLUTUADORES0.0120 7520.00 90.24 703.87 150.00 0.00 11.22

REFORÇADORES DE COSTADO 0.0120 41760.00 501.12 3908.74 150.00 0.00 6.64

TOTAL 23893.10 150.00 0.00 4.02

PESO DE AÇO

CASCO E CONVESES

GIGANTES

ANTEPARAS

REFORÇADORES

42

Para a segunda etapa, considerou-se o comprimento das chapas de aço como sendo

12m x 2,44m, e elas estariam em uma disposição horizontal – ou seja, alinhadas

com os reforçadores da coluna estabilizadora. Não foi considerado nesse estudo a

quantidade de aço que seria desperdiçado. Assim:

Tabela 9 - Comprimento de Solda das Chapas

Comprimento de Solda Paineís Reforçados

Comprimento total 300

Largura Total 7,56

Chapas Utilizadas na Horizontal 4

Total (m) 2430,24

Com isso o total do comprimento de solda será a soma dessas duas etapas do cálculo.

Total (m) 12030,24

43

5.6. Configuração do Dique com a Corruga

Prosseguindo com o estudo, uma vez que foi calculada e modelada a estrutura

clássica com painéis reforçados, chegou a hora de implementar a corruga na área

descrita na seção 5. A corruga foi dimensionada de acordo com as regras da DNV

[2]. E para que fosse dimensionado uma corruga que atendesse às solicitações do

dique, ela deveria ter um módulo de seção o mais próximo possível, porém maior do

que o módulo de seção do reforçador longitudinal que atuasse no local onde seria

feita a modificação (colunas estabilizadoras). No estudo de caso desse relatório,

deveria ser maior que o módulo de seção do longitudinal do costado e o chapeamento

do costado. Também foi feito um teste de flambagem previsto na regra.

Na própria regra da DNV [2] existe um módulo de seção mínimo requerido para o

painel corrugado. Caso, o módulo de seção mínimo calculado pela regra seja maior

que o módulo de seção do reforçador e da chapa da região a se modificar, seguirá o

mesmo raciocínio, entretanto o módulo de seção obedecido será o de regra. Ou seja,

será obedecido o maior módulo de seção entre o calculado em regra e do reforçador

com a chapa da região a se modificar, visando a segurança operacional do dique.

5.6.1. Geometria da Corruga

A corruga foi pensada levando-se em consideração alguns pontos importantes. O

tamanho dos flanges e alma deveriam ser tal que atendessem o módulo de seção

mínimo, o que será verificado nas próximas seções do relatório.

A altura da corruga deveria ser tal que ela desse continuidade estrutural para os

reforçadores dos decks de apoio. Dessa maneira, adotou-se a priori uma altura de

corruga de 800mm.

Outro ponto de interesse foi com relação ao cavernamento do dique. Como o ponto

de mudança da configuração estrutural está entre o safety deck nas colunas

estabilizadoras e o deck do pontoon, há uma preocupação com a carga de

compressão. Nos casos dos diques, guindastes com grande massa e capacidade de

carga ficam ali presentes o que pode causará compressão naquela região. Como a

configuração de corruga é horizontal – para substituir os reforçadores longitudinais

daquela região – há uma grande preocupação com essas cargas compressivas. Dessa

maneira, resolveu-se continuar com as cavernas nas colunas estabilizadoras para

manter segurança operacional e ser mais um agente contra a flambagem.

Como mais um ponto, utilizou-se recomendações de regras [1] e [2] para ângulos

de corruga, que seria bom ficar próximo de 60 a 70 graus.

44

Figura 22 - Geometria da Corruga

5.6.2. Módulo de Seção Requerido x Módulo de seção dos

Longitudinais

Nessa seção serão comparados: o módulo de seção requerido por regra e o módulo

de seção dos longitudinais da região a se modificar.

O módulo de seção dado por [2] pode ser calculado como:

𝑍 =1000

𝜎𝑚∗ 𝑙2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑝 ∗ 𝑤𝑘(𝑐𝑚3)

Onde:

l = espaçamento gigantes de apoio = 5m

s = distância horizontal entre os flanges = 1,26 m;


𝑤𝑘= fator de corrosão (ref.[2] Sec1 C1004) = 1,3


𝑚 = fator dependendo do tipo de corruga = 10

𝑍′ = 4813,14 𝑐𝑚3

45

Já o módulo de seção dos elementos reforçadores, é possível encontrá-los na seção

5.2.6 desse relatório sendo igual a

𝑍′′ = 2677,07 𝑐𝑚3

O maior entre os dois será obedecido.

5.6.3. Cálculo do Módulo de Seção

Como dito acima, o módulo de seção da corruga deve obedecer ao maior dos dois

módulos de seção calculados acima.

O cálculo do módulo de seção da corruga a ser projetada foi feito seguindo algumas

etapas. Porém, em primeiro lugar é preciso se ter em mente que o módulo de seção

é a inércia da seção dividida pelo comprimento da linha neutra.

𝑍 =𝐼

𝐿𝑁(𝑚3)

Onde:

Z = módulo de seção (m³)

I = inércia da seção (m4)

LN = maior distância a linha neutra (m)

Para o cálculo da Inércia e da maior distância até a linha neutra, separou-se a corruga

em dois elementos.

1. Flange

2. Alma

Para cada elemento, o cálculo é similar e feito como se segue. Em primeiro lugar são

definidos um comprimento e uma espessura para cada elemento. Como a geometria

é simples (retângulos) sabe-se o centro do Zg e a área desse elemento. É então

calculado as inércias pela seguinte fórmula:

𝐼𝑦𝑦 = 𝑏 ∗ ℎ3

12(𝑚4)

A fórmula para o 𝐼𝑧𝑧 é similar, porém se inverte a base a altura do retângulo.

De posse dessas inércias é então calculada o 𝐼𝑦𝑦′ e depois calculada 𝐼𝑦𝑦" delas pelas

seguintes fórmulas:

46

𝐼𝑦𝑦′ =

𝐼𝑦𝑦 + 𝐼𝑧𝑧

2+ 𝐶𝑜𝑠(2 ∗ â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜) +

𝐼𝑦𝑦 − 𝐼𝑧𝑧

2

𝐼𝑦𝑦" = 𝐼𝑦𝑦

′ + 𝐴𝑟𝑒𝑎 ∗ (𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑐𝑔 − 𝐿𝑁)2

Para os dois elementos (flange e alma) soma-se os dois valores de 𝐼𝑦𝑦" e tem-se a

inércia final da corruga.

Para o cálculo da Linha neutra segue-se o mesmo raciocínio da separação em dois

elementos. E para cada elemento é calculado um momento de área.

𝑀𝑜𝑚. 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑍𝑔

Soma-se as duas contribuições dos elementos e se divide pela área total deles.

𝐿𝑁 =𝑀𝑜𝑚. 𝑎𝑟𝑒𝑎1 + 𝑀𝑜𝑚. 𝑎𝑟𝑒𝑎2

𝐴𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

De posse dessas duas informações é possível encontrar o módulo de seção total da

corruga.

Dessa forma, utilizando esse raciocínio supracitado e a geometria da corruga citada

na seção 5.6.1 foi possível calcular o módulo de seção. Os flanges e a alma da corruga

ficaram com a seguinte configuração:

Tabela 10 - Cálculo do Módulo de resistência

Dessa maneira, pôde-se calcular o módulo de seção adquirido da corruga, que foi:

Z_Corruga 4.872,77 cm3

Vê-se que foi obtido uma configuração com um pouco mais de módulo de seção,

porém não muito mais para não se desperdiçar aço.

5.6.4. Teste de Flambagem

Para a análise de flambagem da face paralela da corruga, foram utilizadas as fórmulas

abaixo e os parâmetros listados. Eles podem ser encontrados na referência [2].

𝑘𝑙 =8,4

𝜓 + 1,1

Largura Espessura Centro_Zg Angulo Area Iyy Izz angulo_rad Mom.Area Iyy' Iyy''

Elemento (mm) (mm) (m) (graus) (m2) (m4) (m4) (rad) (m3) (m4) (m4)

Alma 923,760 21,000 0,483 60 0,019399 1,379E-03 7,129E-07 1,047 9,367E-03 1,035E-03 1,430E-03

Flange 400,000 21,000 0,011 0 0,008400 1,120E-04 3,087E-07 0,000 8,820E-05 3,087E-07 9,131E-04

Tabela de Cálculo do Módulo de Resistência

47

Onde:

𝑘𝑙= será utilizado no calculo de 𝜎𝑒𝑙

𝜓 = 𝑟𝑎𝑧õ𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠õ𝑒𝑠 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎

Dessa maneira já é possível calcular o 𝜎𝑒𝑙 por

𝜎𝑒𝑙 = 0,9 ∗ 𝑘𝑙 ∗ 𝐸 ∗𝑡 − 𝑡𝑘

1000 ∗∗ 𝑠

Onde:

𝜎𝑒𝑙= tensão elástica ideal

𝑡 = espessura do chapeamento

𝑡𝑘 = espessura adicional para corrosão

𝐸 = módulo de elasticidade

𝑠 = Menor lado da corruga

Com a tesão elástica de flambagem calcula-se a tensão crítica por:

{

𝜎𝑐 = 𝜎𝑒𝑙 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝜎𝑒𝑙 < 𝜎𝑓/2

𝜎𝑐 = 𝜎𝑓 ∗ (1 − 𝜎𝑓

4 ∗ 𝜎𝑒𝑙

) 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝜎𝑒𝑙 > 𝜎𝑓/2

Onde:

𝜎𝑐= tensão crítica de flambagem;

𝜎𝑓 = limite de resistência do material;

Dessa maneira, para que não ocorra flambagem segundo [2]

𝜎𝑐 ≥𝜎

𝜂

Onde

𝜂 = fator de estabilidade

5.6.5. Modelação no Rhinoceros da Corruga

Para avaliar o peso, o centro de gravidade e o comprimento de solda necessário na

região de interesse, utilizou-se o software Rhinoceros. Esse software permite a

modelagem da estrutura em 3D e por meio de algumas funções que nele estão

presentes fica fácil calcular o peso total de aço presente na estrutura. Abaixo é

possível ver algumas imagens da estrutura com painéis reforçados.

48

Figura 23 - Detalhe da Corruga

Figura 24 - Corruga no Casco

Com essa estrutura toda calculada modelada no Rhinoceros, foi possível então

usando o comando que determina área de “layers” determinar o peso e o CG do aço

da estrutura.

O Comando segue esse caminho Analyze->Mass properties->Area Moments e com

ele foi possível determinar a área de uma layer e o centroide da layer e depois

bastava multiplicar pela espessura do elemento e peso específico do aço utilizado

para se obter o peso. A tabela a seguir demonstra o cálculo realizado.

49

Tabela 11 - Peso e CG corruga

Apenas para reforçar o peso e o CG encontrado ao final do cálculo foi de

Peso (t) LCG (m) TCG (m) VCG (m)

21874,51 150,00 0,00 3,57

Para o cálculo de comprimento de solda, apenas se considerou a região que foi

modificada – ou seja, nas colunas estabilizadoras entre o safety deck e a altura do

deck do pontoon. Para o caso da corruga o cálculo foi separado apenas na união das

chapas das corrugas.

Para essa etapa, considerou-se o comprimento das chapas de aço como sendo 12m

x 2,44m, e elas estariam em uma disposição horizontal – ou seja, alinhadas com as

corrugas do costado das colunas estabilizadoras. Não foi considerado nesse estudo a

quantidade de aço que seria desperdiçado com o corte das chapas. Assim:

ITENS Espessura (m) Área (m²) Volume (m³) Peso (t) LCG (m) TCG (m) VCG (m)

CASCO E CONVESES

CHAPEAMENTO INICIO FIM 0,0190 721,28 13,70 106,89 150,00 0,00 3,70

TETO FLUTUADORES 0,0160 2400,00 38,40 299,52 150,00 0,00 14,00

COSTADO EXT 0,0180 3864,00 69,55 542,51 150,00 0,00 5,56

COSTADO INT 0,0180 3864,00 69,55 542,51 150,00 0,00 5,56

FUNDO DOS FLUTUADORES 0,0220 8400,00 184,80 1441,44 150,00 0,00 0,00

TETO PONTOON 0,0240 16800,00 403,20 3144,96 150,00 0,00 4,44

FUNDO PONTOON 0,0220 16800,00 369,60 2882,88 150,00 0,00 0,00

SAFETY DECK 0,0160 2400,00 38,40 299,52 150,00 0,00 11,95

DECK COST PONTOON 0,0160 2400,00 38,40 299,52 150,00 0,00 4,44

LONGARINAS 0,0220 2664,00 58,61 457,14 150,00 0,00 2,22

LONGARINAS LATERAIS 0,0160 7992,00 127,87 997,40 150,00 0,00 2,22

HASTILHAS 0,0190 10985,70 208,73 1628,08 150,00 0,00 2,22

CAVERNAS GIGANTES 0,0190 4160,13 79,04 616,53 150,00 0,00 6,85

ANTEPARAS LONGITUDINAIS 0,0160 5328,00 85,25 664,93 150,00 0,00 2,22

REFORÇADORES DE FUNDO 0,0150 18360,00 275,40 2148,12 150,00 0,00 0,34

REFORÇADORES DECK PONTOON 0,0150 15120,00 226,80 1769,04 150,00 0,00 4,13

REFORÇADORES DE CONVÉS

FLUTUADORES0,0120 1920,00 23,04 179,71 150,00 0,00 9,07

REFORÇADORES DE COSTADO 0,0120 14400,00 172,80 1347,84 150,00 0,00 4,34

CORRUGAS 0,0210 15298,91 321,28 2505,96 150,00 0,00 8,22

TOTAL 21874,51 150,00 0,00 3,57

PESO DE AÇO

GIGANTES

REFORÇADORES

CORRUGAS

50

Tabela 12 - Comprimento de Solda das Chapas

Com isso o total do comprimento de solda será a soma dessas duas etapas do

cálculo.

Total (m) 4220,622

Comprimento total da Corruga entre decks (m) 10,311

N de Extremidas 2

N de Corrugas a se fazer 8

Sub-Total (m) 20,622

Comprimento total da Corruga entre decks (m) 10,311

Largura da Chapa 2,44

Comprimento por Ponto de Solda 300

N de Chapas Entre decks 6

N de Pontos de Solda 14

Sub- Total (m) 4200

Comprimento de Solda Corruga nas Extremidades

Comprimento de Solda Entre Corrugas

51

6. CONCLUSÕES

Tendo em vista os dados obtidos nas seções 5.5 e 5.6 é possível tirar algumas

conclusões importantes sobre a utilização da corruga. A primeira dela diz respeito

ao peso. A tabela abaixo mostra uma comparação entre as duas configurações com

relação ao peso:

Tabela 13 - Tabela comparativa em relação ao peso

Houve uma redução significativa do peso estrutural modificando apenas a região

das colunas estabilizadoras. Percebe-se uma redução de um pouco mais de 2

toneladas o que representa algo ligeiramente acima de 9% de perda no peso ao se

modificar a configuração estrutural.

Outra importante comparação diz respeito ao comprimento de solda. A tabela

abaixo mostra uma comparação do comprimento de solda na região de modificação

da configuração estrutural.

Tabela 14 - Tabela comparativa em relação ao comprimento de Solda

É possível observar que a quantidade de solda é extremamente menor na estrutura

de painel corrugado. Há cerca de 65% menos solda na região em que foi alterada a

configuração em relação ao painel reforçado. Esse dado é extremamente

importante quando se coloca em foco a manutenção do dique flutuante. E também

como dito anteriormente, o processo de soldagem requer muita mão de obra,

diminuindo drasticamente a quantidade de solda o trabalho também reduzirá.

Na seção 3 os problemas relacionados à manutenção que podem existir em uma

solda, especialmente se ela for malfeita, são mencionados. No caso dessa estrutura

proposta, a que possui painel corrugado tem 65% menos lugares para problemas

em soldas aparecerem.

Vale ressaltar que esses dados foram feitos apenas se modificando uma região

pequena da estrutura. Como explicado anteriormente, seria possível modificar mais

regiões. Se fossem somadas todas as regiões nas quais seriam possíveis a

Peso (t) LCG (m) TCG (m) ZCG (m)Diferença

Absoluta (t)

Diferença

Relativa (%)

Painel Reforçado 23893,1 150 0 4,07

Painel Corrugado 21874,51 150 0 3,43

Tabela Comparativa Estrutura Corrugada e Estrutura Reforçada

2018,59 9,2280%

Diferença

Absoluta (m)

Diferença

Relativa (%)

Painel Reforçado

Painel Corrugado

Comprimento de Solda (m)

12030,24

4220,622

Tabela Comparativa Comprimento de Solda Corrugada e Estrutura Reforçada

7809,618 64,9166%

52

modificação do painel reforçado para o painel corrugado haveria um total de

17269,77 toneladas passíveis de mudança. Foi apenas modificado uma região que

totalizando soma 5893,43 toneladas. Caso se modificasse todas as 17269,77

toneladas possíveis o resultado na econômica de peso e solda poderiam alcançar

expressivos 5937 toneladas e 23100 m se a resposta fosse linear.

Vê-se incríveis vantagens na modificação da estrutura no caso do dique, uma

pergunta surge. “Porque os estaleiros não adotam tais configurações para casos de

geometrias mais simples”? A única resposta que pude pensar é o fato de os

estaleiros estarem atrelados a configurações clássicas e procedimentos padrões, o

que nesse caso representa perdas futuras em manutenção e quantidade de aço

para os estaleiros.

Para próximos projetos, é importante primeiro realmente estudar a mudança para

corruga em outras regiões do dique. Uma análise estrutural em elementos finitos

também pode ser feita para que se possa ter uma maior noção do comportamento

estrutural ao se substituir os painéis reforçados pelos painéis corrugados.

Outro ponto que pode ser feito é tentar otimizar o dique estruturalmente no que diz

respeito ao peso, diminuindo espessura de soldas em regiões que a solicitação

estrutural não é tão grande.

Por fim, para realmente ter-se uma comparação fiel é preciso fazer um estudo do

custo que será necessário para a construção da corruga, pois sabe-se que para

dobrar as chapas para fazer a corruga e realizar o corte das cavernas sairá mais

caro do que a construção da estrutura clássica. Então, colocando-se em perspectiva

o custo construtivo x o custo de manutenção (menor na corrugada que na estrutura

clássica) será possível ver as vantagens em termos econômicos de uma estrutura

sobre a outra.

53

7. Referências

[1] DNV - Rules for Classification of Floating Docks , January 2012.

[2] DNV -Hull structural design -Ships with length 100 metres and above January

2015

[3] García Ramón, Sandra e Rodríguez Sarmiento, Juan - “Métodos de varada Dique

flotante”

[4] Heger Dry Dock INC (2005) - ,” DOCKMASTER TRAINING MANUAL”

[5] HÜSEYİN SAĞLAM MD. ASADUZZAMAN SARDER (2010) - Use of Corrugated Shell

Plating in Semi-submersible Offshore Platforms - Master of Science Thesis,

CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

[6] De Santis Tavares, Vitor (2014) - COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE PAINÉIS

ONDULADOS - Projeto de Graduação, UFRJ

[7] Usiminas [on line] 2014. Disponível: http://www.usiminas.com.br/pt/ [Acesso:16

Fevereiro.2016].

[8] Beer, F. P. e Johnston, E. R., Resistência dos Materiais, 3ª Ed., São Paulo, Ed.

Pearson Makron Book, 2008

ANEXO 1 – Momento máximo dique flutuante

Gráfico obtido na referência [3]

2

ANEXO 2 – Módulo de Seção

Elemento Largura

Espessura

Centro Zg Ângulo Area Iyy Izz Ângulo Momento Izz' Izz'''

(mm) (mm) (m) (graus) (cm2) (rad) Area (mm4) (m4)

Chapa fundo 1

Casco fundo 32000 16

0,0095 0 5120

4,36907E+13

10922666,6

7 0 48,64 109226

66,66 4,49894

chapa teto fundo1 Teto do fundo

28000 22,4 4,451

2 0 6272 4,09771E+13

26225322,6

7 0 27917,9264 262253

22,66 1,36906

Chapa costado casco Casco Costado

7 16 7 90 1,12 457,3333333

2389,3 1,57 7,84 457,33

0,00182

Chapa costado duplo casco 4,78 16 4,78 90 0,7648

145,6204693

1631,6 1,57 3,66 145,62

0,00025

Chapa Convés 1

Convés 4000 16

14,008 0 640

8533333333

3 13653

33,3 0,000 8965,12 136533

3,33 7,79226

Chapa Longarina Central 1

Longarina

5600 22,4 2,22 90 1254,4 3,27817E+11

5245064,5 1,570 2784,77

81950303470,

25 0,15322

Chapa Longarina Lateral 2 5600 16 2,22 90 896

2,34155E+11

1911466,7 1,570 1989,12

58537307307,

92 0,10945


2,34155E+11

1911466,7 1,570 1989,12

58537307307,

92 0,10945

3


2,34155E+11

1911466,7 1,570 1989,12

58537307307,

92 0,10945


2,34155E+11

1911466,7 1,570 1989,12

58537307307,

92 0,10945


2,34155E+11

1911466,7 1,570 1989,12

58537307307,

92 0,10945

Chapa 1 Deck - Intermediário

2000 16 4,456 0 320

1066666666

7 68266

6,7 0,000 1425,92 682666

,67 0,07030

Chapa 2 2000 16 9,5 0 320

1066666666

7 68266

6,7 0,000 3040,00 682666

,67 1,36293

Somatorias de areas 18408,2

848 cm2

Somatorias de Momentos 54139,5 m.cm2

4

Somatorias de Inercias 15,80 m4

Elemento

Alma tw flange bf Area

Centro Zg

Ângulo Area Iyy Izz Ângulo Momento Izz' Izz'' Izz'''

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (m)

(graus) (cm2) (rad) Area (mm4) (mm4)

(mm4)

Fundo Casco

R1 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

5054,0 92723

906 0,000 42,966 927239

06,0 92723906,0

0,08743

R2 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

5054,0 92723

906 0,000 42,966 927239

06,0 92723906,0

0,08743

R3 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

5054,0 92723

906 0,000 42,966 927239

06,0 92723906,0

0,08743

R4 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

5054,0 92723

906 0,000 42,966 927239

06,0 92723906,0

0,08743

R5 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

5054,0 92723

906 0,000 42,966 927239

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6

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R34 450 15 450 15 12600 0,341 0 126 21954

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R31 400 12 400 12 9456 4,612 90 94,56 1,571 436,11072 0,0 0,0 0,02538

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7

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R38 400 12 400 12 9456 11,37

2 90 94,56 1,571 1075,33632 0,0 0,0 0,66693

Teto Fundo

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0,02354

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06,0 92723906,0

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8

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R23 420 15 420 15 12600 4,338 180 126 21954

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06,0 92723906,0

0,02354

9

R24 420 15 420 15 12600 4,338 180 126 21954

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0,02354

R25 420 15 420 15 12600 4,338 180 126 21954

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0,02354

R26 420 15 420 15 12600 4,338 180 126 21954

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R27 420 15 420 15 12600 4,338 180 126 21954

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0,02354

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0,02354

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0,02354

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0,02354

Interior Lat.

R27 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R28 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R29 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

10

R30 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R31 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R32 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R33 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R35 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R36 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

R37 400 12 400 12 9456 1,612 270 94,56 15300

6743,0 64055

872 4,712 152,43072 153006

743,0 15648

41,3 0,01769

Convés 1

R1 200 12 200 12 4800 10,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 520,8 802707

2,0 80270

72,0 0,29778

R2 200 12 200 12 4800 10,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 520,8 802707

2,0 80270

72,0 0,29778

R3 200 12 200 12 4800 10,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 520,8 802707

2,0 80270

72,0 0,29778

R4 200 12 200 12 4800 10,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 520,8 802707

2,0 80270

72,0 0,29778

Convés2

R5 200 12 200 12 4800 8,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 424,8 802707

2,0 80270

72,0 0,16575

R6 200 12 200 12 4800 8,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 424,8 802707

2,0 80270

72,0 0,16575

11

R7 200 12 200 12 4800 8,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 424,8 802707

2,0 80270

72,0 0,16575

R8 200 12 200 12 4800 8,85 180 48 18302

338 80270

72 3,142 424,8 802707

2,0 80270

72,0 0,16575

Convés3

R9 200 12 200 12 4800 5,07 180 48 18302

338 80270

72 3,142 243,36 802707

2,0 80270

72,0 0,02110

R10 200 12 200 12 4800 5,07 180 48 18302

338 80270

72 3,142 243,36 802707

2,0 80270

72,0 0,02110

R11 200 12 200 12 4800 5,07 180 48 18302

338 80270

72 3,142 243,36 802707

2,0 80270

72,0 0,02110

R12 200 12 200 12 4800 5,07 180 48 18302

338 80270

72 3,142 243,36 802707

2,0 80270

72,0 0,02110

Somatorias de areas 11224,3

2 cm2

Somatorias de Momentos

33101,53104 m.cm2

12

Somatorias de Inercias 8,10018 m4

RESULTADOS MEIA SEÇÃO

SEÇÃO COMPLETA

Minimos requeridos - DNV

Area da seção

Transversal

29632,60 cm2

52890,81 cm2

Altura da linha

neutra 2,97 m

Momento de Inercia 23,90 m4 45,66 m4

Modulo de Seção do

Fundo ZB 8,04 m3 15,35 m3

Modulo de Seção do

Convés ZD 2,64 m3 4,14 m3

Módulo de Seção 10,67 m3 19,49 m3 19,1

5 ok

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Influencia da Variação de ângulo de Instalação de Linhas ... · Na construção naval é necessário projetar e obter estruturas cada vez mais confiáveis desde o ponto de vista