HYDROLIFT PARA ESTALEIRO DE REPAROS DE NAVIOS
Marina Molina Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer
Projeto de Graduação apresentado ao Curso
de Engenharia Naval e Oceânica da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro,
como
necessários
à
parte
obtenção
dos
do
Engenheiro.
Orientadora:
Profa. Marta Cecilia Tapia Reyes
Rio de Janeiro
Agosto de 2014
requisitos
título
de
HYDROLIFT PARA ESTALEIRO DE REPAROS DE NAVIOS
Marina Molina Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA
NAVAL
E
OCEÂNICA
DA
ESCOLA
POLITÉCNICA
DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL.
Examinada por:
________________________________________________
Profª Marta Cecilia Tapia Reyes D.Sc.
________________________________________________
Prof. José Henrique Erthal Sanglard, D. Sc.
________________________________________________
Prof. Severino Fonseca da Silva Neto D. Sc.
________________________________________________
Eng. Ivo Dworschak
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO DE 2014
2
Zehetmeyer, Marina Molina Rodrigues de Oliveira
Hydrolift para estaleiro de reparos de navios/Marina Molina
Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola
Politécnica, 2014.
VIII,69 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/Curso de
Engenharia Naval e Oceânica, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 69
1. Diques flutuantes. 2. Estaleiros de reparo. 3. Navios de
perfuração. 4. Manobras de docagem. 5. Estabilidade, I. Tapia,
Marta. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Hydrolift
para estaleiro de reparos de navios.
3
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por ter me dado inteligência, força e paciência para concluir o meu
curso.
Agradeço à minha mãe Ângela por me ajudar todos os dias da minha vida, me ouvir e
me aconselhar sempre. Ela é a minha maior incentivadora e nunca desistiu ou duvidou
de mim.
Agradeço ao meu marido Raphael por ser meu melhor amigo, estar do meu lado
sempre e por ter tido tanta paciência comigo.
Agradeço à minha irmã Mariane por ser minha companheira desde que eu tenho
memória e me animar nos momentos difíceis.
Agradeço aos amigos Laiz, Gustavo, Paula, Oto, Andreia, Bruno e Sandra, os
melhores presentes que a Naval me deu. Obrigada pelos livros compartilhados, tardes
de estudo, caronas e correções de trabalhos, mas principalmente por continuar sendo
meus companheiros mesmo fora do Fundo Grande.
Agradeço aos meus professores, em especial as Professoras Marta e Annelise por
todo o conhecimento e por fazer de mim uma amante da Engenharia.
4
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval.
Hydrolift para estaleiro de reparos de navios
Marina Molina Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer
Agosto/2014
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
Baseado no projeto de um estaleiro de reparos na região do Porto do Açu será
realizado o projeto preliminar de um dique flutuante para reparo e se for o caso
transferência das embarcações conhecidas como navios de perfuração.
Palavras - chave: estaleiro; reparo; dique flutuante;
5
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Naval Engineer.
Hydrolift for a repair shipyard
Marina Molina Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer
August/2014
Advisor: Marta Cecilia Tapia Reyes
Course: Naval Engineering
Based on the design of a repair shipyard at Porto do Açu region, will be realized a
preliminary design of a repair floating dock and, if possible, the transfer of vessels
known as drillships.
Key words: shipyard; repair; floating dock;
6
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO....................................................................................................... 9
2.
CARACTERÍSTICAS DO ESTALEIRO ................................................................ 16
3.
4.
2.1.
Localização................................................................................................... 16
2.2.
Planejamento de reparo, engenharia e produção ......................................... 19
2.3.
Serviços ........................................................................................................ 19
MÉTODOS DE DOCAGEM ................................................................................. 21
3.1.
Dique seco ................................................................................................... 22
3.2.
Dique flutuante ............................................................................................. 24
3.3.
Hydrolift ........................................................................................................ 26
3.4.
Syncrolift....................................................................................................... 29
3.5.
Determinação do tipo de sistema de docagem ............................................. 30
DIMENSIONAMENTO DO DIQUE ....................................................................... 33
4.1.
Sequência de operações .............................................................................. 33
4.2.
Cálculo hidrostático do dique flutuante ......................................................... 34
4.2.1.
Estabilidade ........................................................................................... 34
4.2.2.
Borda livre ............................................................................................. 35
4.2.3.
Sistema de referência ............................................................................ 35
4.2.4.
Parâmetros empregados para o cálculo da estabilidade ........................ 36
4.3.
Dados do navio ............................................................................................. 39
4.4.
Dimensionamento do Pontão ........................................................................ 41
4.4.1.
Comprimento ......................................................................................... 41
4.4.2.
Boca ...................................................................................................... 41
4.4.3.
Capacidade de elevação mínima ........................................................... 42
4.4.4.
Peso leve ............................................................................................... 42
4.4.5.
Calado leve ........................................................................................... 42
4.4.6.
Calado do pontão com o navio a bordo ................................................. 42
4.4.7.
Pontal .................................................................................................... 43
4.5.
Análise dos resultados do pontão ................................................................. 44
4.6.
Cálculo dos flutuadores do dique .................................................................. 46
4.6.1.
Estabilidade transversal ......................................................................... 46
4.6.2.
Estabilidade do navio............................................................................. 49
4.6.3.
Estabilidade do dique ............................................................................ 50
4.6.4.
Cálculo dos flutuadores usando os critérios de estabilidade .................. 52
7
4.7.
5.
Dimensionamento dos flutuadores do dique ................................................. 58
4.7.1.
Manobras do dique flutuante ................................................................. 60
4.7.2.
Reparo no cais ...................................................................................... 64
4.7.3.
Dimensionamento dos flutuadores para permitir reparo ......................... 65
CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 67
8
1. INTRODUÇÃO
O processo de reparo de navios geralmente inclui conversões, revisões,
programa de manutenção, reparo de danos e de equipamentos. O reparo de navios é
uma parte muito importante da indústria naval. Aproximadamente 25% da força de
trabalho dos estaleiros é destinada para reparo ou conversão de navios (1).
Atualmente muitos navios precisam de atualização e /ou conversão para atender as
regras ambientais e de segurança. As frotas em todo mundo estão ficando velhas e
ineficientes, e com os altos custos de novos navios a situação está colocando pressão
nas companhias de navegação. Em geral, conversão e reparo nos estaleiros são mais
lucrativos que nova construção (2). Em estaleiros de nova construção, contratos de
reparo, revisões e conversões também ajudam a estabilizar a força de trabalho
durante épocas de crise, quando diminuem as novas construções, e quando a
situação está favorável para novas construções, acontece o aumento de navios no
mercado, aumentando o número de navios a serem reparados.
Uma das principais diferenças entre os estaleiros de construção nova e os de
reparo são os métodos de docagem. Um estaleiro de reparo precisa de métodos de
docagem que ocupem a menor área possível, pois as áreas de armazenamento e as
oficinas ocupam muito espaço.
Figura 1 - Navio sendo reparado
9
Historicamente os estaleiros possuíam duas áreas bem diferenciadas, uma
destinada para novas construções e outra para reparos (3). Dependendo da demanda
do mercado, os funcionários e as instalações se dedicavam a uma ou a outra das
funções. Posteriormente, com a alta produtividade no mercado, se optou pela
especialização dos negócios, separando as atividades, e cada estaleiro se dedicou a
sua atividade mais rentável. A partir desse ponto, a tendência foi construir novos
estaleiros com suas atividades e orientação bem definidas. Mas isso não significa que
hoje existam muitos estaleiros de reparo. A facilidade de financiamento, incentivos
fiscais e potenciais de receita maior no curto-prazo são fortes atrativos para que os
estaleiros de reparo avaliem a possibilidade de migrar de atividade para novas
construções. No cenário internacional, a migração de reparo para construção é
comum. Por exemplo, o coreano Hyundai Vinashin, que era 100% reparo, iniciou
processamento de aço para fabricação de seu 1o navio em setembro de 2008.
Geralmente os processos de reparo de um navio são muito parecidos com os
processos para construir um novo navio, mas em uma escala menor e em um ritmo
mais rápido (2).
As atividades de manutenção dos navios estão associadas ao desgaste pelo
uso, idade ou verificações periódicas de segurança. Os principais eventos de
manutenção na vida de um navio se encontram na Figura 2:
Figura 2 - Eventos da vida de um navio
10
A origem do reparo pode ser emergencial ou programado. Dentro dos reparos
por motivos emergenciais podemos citar os acidentes, as quebras e as colisões.
Dependendo da gravidade do evento, pode exigir docagem. O reparo emergencial é
responsável por 30% das docagens no Brasil. Os reparos programados podem ser as
vistorias das sociedades classificadoras, modernização dos equipamentos ou até
mesmo conversão do navio. Os reparos programados são responsáveis por 70% das
docagens de reparo. Num ciclo de 5 anos, todos os equipamentos do navio devem ser
vistoriados (2).
O principal evento da manutenção de um navio ocorre quando o mesmo é
colocado em seco. O navio é retirado da água e permanece durante um prazo de uma
a duas semanas em seco e outras duas semanas reparando atracado geralmente,
dando um total entre trinta e quarenta dias de reparo (5).
Existem dois fatores chave que influenciam a demanda por reparo de um navio:
a idade e o porte. Com o aumento da idade, os dias docados aumentam, pois
aumentam as ocorrências de falha, corrosão, fadiga, desgaste e quebra. Já o
comprimento influencia nos dias docados, pois quanto maior o navio, maior a área de
aço e maior o número de componentes. Além disso, embarcações de apoio marítimo
têm maior dificuldade de reparo do que embarcações de apoio portuário devido ao
maior número de sistemas complexos dentro de cada embarcação (3).
Atualmente os navios têm um ciclo de manutenção obrigatória de cinco anos,
aonde uma série de revisões deve ser realizada para certificar que o navio satisfaz as
regras das normas de segurança de navegação internacional.
Além da manutenção em local seco, há outra série de trabalhos que não
necessitam que o navio esteja em local seco para serem realizados, são os reparos
relacionados com as obras mortas do navio, a superestrutura, maquinário e interior, as
quais podem ser realizadas com o navio no porto.
Na Figura 3, estão indicados os principais estaleiros existentes do Brasil. A
grande maioria não oferece oferta especializada de reparo. No contexto recente do
país, criaram-se incentivos à construção naval que levam alguns estaleiros de reparo a
migrar de atividade. No mundo, o mesmo efeito é observado quando o setor está no
ciclo de alta demanda por novos navios.
11
Figura 3 - Estaleiros no Brasil
Enquanto a oferta de capacidade para embarcações de até 150m é 54% menor
que a demanda, há sobrecapacidade para maiores. Como resultado, diques de
embarcações grandes são utilizados para reparo de pequenos. Também se identificou
a necessidade latente por novos diques de reparo. Em 2018 serão necessários entre 5
e 9 novos diques para que se possa atender a frota atuante na costa brasileira (2).
Os estaleiros de reparo para embarcações médias e grandes se encontram
concentrados todos no Sudeste do Brasil, nos estados do Rio de Janeiro (com sete
estaleiros que oferecem serviços de reparo) e um no estado de São Paulo (Tabela 1).
12
Tabela 1 - Estaleiros de Reparo no Brasil
Método de
Estaleiro
Estado
Cassinú
RJ
Dique seco
Chamon
RJ
Carreira
docagem
Dique
Enavi
e
Renave
Vard
RJ
RJ
Wilson
&
Sons
L x B [m]
[DWT]
1
69 x 12,5
-
1
30
-
215 x 35
20000
200 x 32,8
18000
70 x 17
1800
184 x 27
-
Dique seco
2
Carreira
1
100 x 25
3000
1
110 x 17
3500
Dique
Carreira
2
Dique seco
1
RJ
Dique seco
2
SP
Dique seco
1
RJ
Inhaúma
Limite
3
flutuante
flutuante
Mauá
Dimensões
Quantidade
136 x 17,46
240
170
-
196 x 20
-
350 x 65
400000 TPB
160 x 25
25000 TPB
145 x 26
-
Alguns deles oferecem serviços de novas construções dentro de sua oferta, e
eles alternam os serviços de acordo com o mercado. Estes sete estaleiros são toda a
oferta nacional de reparo, sendo a mesma insuficiente para atender a demanda futura
de reparo de navios.
Com o aumento de licitações para perfurações de poços no litoral do Brasil,
houve também um aumento de embarcações destinadas a esse fim em nossa costa, e
é preferível para o armador fazer seu reparo próximo à sua zona de trabalho. Os
armadores são prejudicados com a indisponibilidade de diques e freqüentemente
arcam com os custos de deslocar rotas em busca de reparo em estaleiros
internacionais.
O ideal é que esses navios não realizem viagem de longa duração para fazer
reparos já que a perda de horas de trabalho seria muito grande. Portanto serão
necessários os serviços dos estaleiros de reparo próximos da área de trabalho.
13
Dentro do mercado de reparo de navios encontramos os casos particulares de
navios especializados como os navios de perfuração, que estão aumentando
consideravelmente em número na costa brasileira devido aos novos poços que estão
sendo perfurados na área do Pré-sal. Esses navios não costumam realizar viagens
muito longas para serem reparados devido a vários fatores, mas principalmente os
navios especializados costumam ter uma grande demanda, o que aumenta seu preço
de frete, podendo chegar a 500.000 dólares/dia. Se o navio está parado para reparo,
não e possível fretá-lo.
Portanto, os navios fazem os reparos necessários perto de sua área de trabalho
embora os preços dos lugares distantes sejam mais competitivos, mas essa economia
não é bastante para compensar a perda durante o tempo de viagem de ida e volta.
O navio de perfuração é um tipo particular de MODU- Mobile Offshore Drilling
Unit que é a união de um navio com um aparato de perfuração montado no convés
destinado a operações offshore. Eles são construídos em cascos de navios
tradicionais como grandes navios tanque ou de carga e se movem com propulsão
própria.
A broca opera através de uma abertura no casco. Os navios de perfuração
podem ter até 270 metros de comprimento e 42 metros de boca. Os navios de
perfuração não são tão estáveis em mar turbulento como as semi-submersíveis, mas
tem a vantagem de poder armazenar a produção até que cheguem os navios
aliviadores (7).
Figura 4 – Navio de Perfuração Discoverer Enterprise
14
Um sistema muito importante dos navios de perfuração é o sistema de DP
(posicionamento dinâmico). O sistema é formado por thrusters que ficam localizados
no casco. Alguns navios possuem thrusters retráteis, que entram em uma abertura no
casco para facilitar a docagem. Segundo engenheiros entrevistados, os navios mais
modernos não dispõem desse tipo de thruster, já que o espaço num navio sonda é
concorrido devido à quantidade de carga necessária para a perfuração. Nesse caso, o
thruster deve ser removido antes da docagem, sendo desacoplado com o auxílio de
mergulhadores e um sistema de bóias faz a segurança dos thrusters para a sua
retirada.
Com base no explicitado anteriormente e tomando como ponto de partida o
projeto de um estaleiro de reparo para a região do Açu, dos alunos de Mestrado da
COPPE Sandra García e Juan Sarmiento (4) propõe-se realizar o projeto preliminar de
um dique flutuante para realizar reparos principalmente de plataformas de perfuração
e ser for o caso a transferência do mesmo para terra.
No capítulo 2 será apresentado o estaleiro em questão, com suas
particularidades, os navios existentes no mercado no presente ano e os serviços feitos
nos mesmos.
No capítulo 3 são identificados e descritos os métodos de docagem e
transferências existentes.
E finalmente no capítulo 4 é feito o dimensionamento do dique a partir das
regras da Classificadora DNV.
15
2. CARACTERÍSTICAS DO ESTALEIRO
2.1.
Localização
O estaleiro está localizado no Porto de Açu, a 30 km da cidade de São João da
Barra. Foi construído com o objetivo de funcionar como centro logístico de importação
e exportação, com influência nas regiões Centro-Oeste e Sudeste do Brasil e também
para servir como apoio para a cabotagem ao longo da costa brasileira e da América do
Sul.
Os dois pontos destacados são as principais características relevantes para a
localização
do
estaleiro.
Devem
ser
consideradas
diferentes
variáveis
ou
características importantes que determinam a localização de um estaleiro naval de
qualquer tipo (5). As características estudadas são:

Proximidade de rotas marítimas.
Figura 5 - Rotas marítimas globais
16

Proximidade de campos de petróleo.
Figura 6 - Campos de Petróleo próximos
Para determinar os possíveis navios a serem reparados no estaleiro, foi feita
uma pesquisa e estão indicados a seguir na Tabela 2 os navios perfuradores em
operação no Brasil em 2014 (8) (9).
17
Tabela 2 - Navios perfuradores no Brasil
Nome
Construção Conversão
L
B
T
ALASKAN STAR
1976
84,3
61
25
ALPHA STAR
2009
103,3
69,5
8,7
ATLANTIC STAR
1976
103
106
22
BORGNY DOLPHIN
1977
108
67,4
CAJUN EXPRESS
2001
106,4
68,9
9,0
ENSCO 6001
2000
2009
75,9
54,6
8,5
ENSCO 6002
2000
2010
75,9
54,6
8,5
ENSCO 6003
2004
-
75,9
54,6
8,5
ENSCO 6004
2004
-
75,9
54,6
8,5
ENSCO 7500
2000
-
73,2
75,6
7,0
GOLD STAR
2009
69,5
69,5
19,1
LONE STAR
2009
97,5
70,1
7,5
LOUISIANA
1982
1998
100,0
50,0
17,5
NOBLE DAVE BEARD
1986
2008
111,6
66,1
5,8
NOBLE MAX SMITH
1980
1999
106,3 100,1
5,2
NOBLE PAUL WOLFF
1982
2006
104,1 110,8
4,6
NOBLE PHOENIX
1979
2009
105,0
21,9
0,0
NOBLE THERALD MARTIN
1975
2003
98,8
103,0
7,5
NORBE VI
2009
70,1
60,9
OCEAN ALLIANCE
1988
-
122,5
78,9
8,8
OCEAN BARONESS
1973
2001
98,8
99,7
12,6
OCEAN COURAGE
2009
-
121,3
90,8
8,4
OCEAN QUEST
1973
1996
98,8
102,4
9,8
OCEAN STAR
1973
1996
102,3
95,9
9,8
OCEAN VALOR
2009
-
121,3
90,8
8,4
OCEAN WINNER
1976
-
108,2
75,6
6,7
OCEAN WORKER
1982
-
92,4
61,0
7,6
ODN DELBA III
2011
97,5
75
OLINDA STAR
1983
92,1
68,9
SEDCO 706
1976
89,9
74,7
6,4
SEDCO 707
1976
108,2
74,7
6,4
SEVAN BRASIL
2012
99
99
13
SEVAN DRILLER
2009
85,0
75,0
0,0
WEST EMINENCE
2009
83,2
72,8
9,8
WEST ORION
2010
115,5
90,2
8,4
18
1997
Apesar de o foco principal ser os navios anteriores, também podem ser
atendidos outros tipos de navios que sejam de tamanhos compatíveis com o dique
projetado.
2.2.
Planejamento de reparo, engenharia e produção
A construção e o reparo naval são atividades distintas, apesar de utilizarem o
mesmo tipo de infra-estrutura. Os financiamentos e investimentos governamentais são
direcionados para a construção, atraindo também estaleiros de reparo.
O planejamento para ambos os serviços de nova construção e de reparo são
diferentes. Temos como principais características do reparo naval a demanda
relativamente estável a longo prazo, exigência de mão de obra experiente, receita
inferior, difícil previsibilidade na execução de serviços, prazos curtos (2 a 4 semanas)
por navio. Para a construção nova, temos a oscilação da demanda a longo prazo,
financiamentos governamentais, incentivos fiscais e estabilidade no curto prazo (2 a 3
anos) (4).
A maioria dos reparos e conversões necessita de um extenso planejamento. Em
muitos casos, a grande quantidade de trabalho em aço precisará ser feita. Esses
projetos podem ser divididos em quatros maiores estágios: remoção, construção de
nova estrutura, instalação de equipamento e testes. São necessários contratos com
terceirizados para realizar o trabalho mais especializado e diminuir a carga de
trabalho.
Em muitos casos, os contratos de reparo são uma situação de emergência com
pouco tempo de antecedência, o que torna o reparo imprevisível. Os reparos normais
levam de 3 dias a 2 meses, enquanto maiores reparos e conversões podem durar
mais de um ano.
2.3.
Serviços
Os navios são similares a outros tipos de máquinas e necessitam uma freqüente
manutenção e, muitas vezes, revisões completas para continuar operando (9). Os
equipamentos a serem reparados estão resumidos na Tabela 3:
19
Tabela 3 - Serviços de reparo
Reparo
Localização do navio
Torre
No cais
Equipamentos de perfuração
No cais
Bombas e processadores de lama
No cais
Motores
No cais
Sistema de posicionamento dinâmico
Em seco
Tratamento de superfícies e moonpool
Em seco/no cais
Tanques
No cais
Acomodações
No cais
Tubulações
No cais
Assim como em novas construções, todos os sistemas instalados devem ser
testados e operados antes de o navio ser liberado. Quando é terminada a fase de
reparo em seco, o navio é atracado no cais para já dar início aos testes dos reparos
realizado sem seco ( bow trhuster e azimutais ) e realizar os reparos restantes, a
localização no cais facilita a entrada de máquinas e pessoas pela posição do convés
nivelado com o cais. Os requisitos de teste normalmente são determinados em
contrato, além de outras fontes como as regras. Os testes devem ser agendados e
acompanhados pelas Sociedades Classificadoras.
20
3. MÉTODOS DE DOCAGEM
Os métodos de docagem e transferência são o elemento fundamental para
manutenção e reparo da carenagem nos navios. Durante um número indeterminado
de ocasiões da vida útil de um navio, é preciso colocar o navio em seco para que as
inspeções regulares e reparos necessários sejam feitos. É a instalação mais cara dos
estaleiros, ao redor da qual estão situadas as outras instalações (11). O tipo de
método de docagem e seu tamanho são as principais variáveis a se considerar no
momento da escolha do estaleiro.
Por causa dos altos custos, a maior quantidade possível de reparos deve ser
feita enquanto a embarcação estiver flutuando ou navegando.
Para se tornar competitivo, o estaleiro deve facilitar a entrada e saída do navio
para reparo e, sobretudo, reduzir o tempo de docagem. É por essa razão que os
estaleiros devem estar situados próximos às grandes rotas de navegação.
Os métodos de docagem devem cumprir as seguintes características:
1.
Segurança
2.
Rapidez
3.
Alimentação de energia e fluidos
4.
Fácil manobra
5.
Estabilidade do navio
6.
Bom acesso do navio para a terra
Existem vários métodos, detalhados a seguir, que permitem reparar o navio e/ou
transferir o navio para um local seco. Esses métodos de docagem devem permitir não
só a colocação do navio em seco com segurança, mas permitir o movimento de
pessoas, equipamentos, maquinaria e materiais da terra para o navio a fim de fazer as
inspeções e reparos necessários.
Serão listados apenas os métodos capazes de fazer uma docagem bem
sucedida de navios de grande porte, que é o caso dos navios tipo plataforma de
perfuração, o principal foco do estaleiro.
21
3.1.
Dique seco
Um dique seco é um meio de docagem consistente de um cais artificial no qual o
navio entra flutuando e cujo fundo se encontra a vários metros abaixo da superfície do
mar e a parte superior do mesmo ao nível do solo do estaleiro.
Figura 7 - Dique Seco
O dique é composto do fundo, duas paredes laterais e uma parede de proa. Na
outra extremidade se encontra uma porta removível que permite a entrada e saída do
navio. O dique também possui um sistema de bombas que permite remover a água
contida em seu interior depois que o navio está posicionado no lugar e a porta foi
fechada.
22
Figura 8 - Perfil do Dique Seco
A seqüência de docagem não é imediata e necessita de uma preparação prévia
para a mesma. São colocados picadeiros que sustentarão o navio quando estiver em
seco, em seguida o dique é inundado e sua porta aberta para a entrada do navio. O
navio entra flutuando e é posicionado sobre dos picadeiros. A água no dique é então
drenada, o que faz o navio descer até sua posição definitiva assentado sobre os
picadeiros.
Quando se deseja retirar o navio, o dique é inundado novamente até que o navio
flutue. A porta é aberta e é feito o procedimento de retirada do navio.
23
Figura 9 - Esquema de entrada do navio no Dique Seco
As vantagens são uma vida útil grande; manutenção baixa de sua estrutura;não
existe problemas de estabilidade no navio;sem limites de tamanho de dique; é possível
existir uma porta intermediária que permite inundar apenas metade do dique.
Suas desvantagens são os elevados custos iniciais de construção; ser uma
estrutura fixa que não pode ser movida ou vendida; a passagem de operários e
equipamento, a iluminação e ventilação são complicadas devido o seu piso se
encontrar baixo do nível do estaleiro; se houver necessidade de aumentar o dique o
trabalho é muito grande; baixa velocidade de operação; grande dimensão da planta de
bombas (12) (11).
3.2.
Dique flutuante
Um dique flutuante é uma estrutura empregada para a docagem de navios
elevando-os acima do nível do mar para reparos variando a flutuabilidade. A
capacidade de elevação desses diques varia entre 1000 e 100000 toneladas.
24
Figura 10 - Dique Flutuante
Ele é formado por uma estrutura em por de “U” alargada, que deixa livre a
entrada pela proa e pela popa. A entrada é geralmente longitudinal, mas existem
diques com costado desmontável que permitem a entrada transversal. Seus costados
e fundo são compostos de tanques que podem ser cheios de água para fazer com que
a estrutura afunde até o calado desejado e depois esvaziados para que a estrutura
flutue, também elevando o navio em seu interior.
A seqüência de docagem também precisa de preparação prévia. São colocados
picadeiros que vão sustentar o navio na sua posição final. Os tanques se inundam por
gravidade até um calado que permita a entrada do navio. Depois o navio é rebocado
até seu interior, uma manobra delicada, levando em conta os muitos obstáculos
existentes, muitos deles não visíveis por estarem debaixo d’água. Assim que o navio
se encontra em sua posição final no dique, ele é amarrado e começa a fase de
deslastre, aonde as bombas retiram a água dos tanques, fazendo o dique ganhar
flutuabilidade e deixar o navio em seu interior em seco.
25
Figura 11 - Esquema de entrada do navio no Dique Flutuante
As vantagens são não ocupar área em terra no estaleiro; o dique pode ser
construído no próprio estaleiro ou outro que ofereça menor preço; permite manter um
custo operacional baixo aumentando a competitividade do estaleiro; pode ser vendido
caso não seja mais necessário; pode elevar navio com um comprimento maior que o
próprio dique; pode ser rebocado facilmente em caso de necessidade de dragar a área
aonde ele se encontra; a construção civil necessária para sua operação é
relativamente pequena e pouco custosa; pode ser rebocado para áreas mais
profundas para receber navios maiores, o que elimina a necessidade de dragar a área;
pode ser aumentado com relativa facilidade.
As desvantagens são a alta freqüência de manutenção de bombas, válvulas e
estrutura durante toda sua vida útil; a movimentação de pessoas e cargas é restrita
pelos costados do dique; a influência das marés pode complicar as operações; as
manobras devem se realizar em águas tranqüilas (11) (12).
3.3.
Hydrolift
É uma variante do sistema de docagem “dique plataforma”. Neste caso, o
sistema de plataforma é substituído por uma eclusa de elevação que se enche e
esvazia e por uma plataforma que permite situar o navio na sua fase final de docagem.
Essa plataforma se encontra aproximadamente ao mesmo nível do terreno em volta.
Esta eclusa inicial pode servir para várias plataformas simultâneas e é capaz de
realizar as manobras de flutuação e docagem ao mesmo tempo.
26
Figura 12 - Hydrolift da Lisnave
Esse método de docagem foi criado pela primeira vez pela “Lisnave Estaleiros
Navais” e teve como ponto de partida para a decisão de sua construção a
impossibilidade técnica de construir diques secos tradicionais nos terrenos arenosos
disponíveis para o estaleiro.
Figura 13 - Perfil do Hydrolift
27
Os navios são manobrados na entrada e na saída da eclusa e transferidos para
as plataformas, ou delas retirados, por meio de um sistema mecânico constituído por
vários guinchos que, associados a carros de reboque, movem e controlam os navios
durante a operação. O navio é, então, posicionado no canal da eclusa e a porta
fechada. Por meio de bombas o nível da água é aumentado até a altura da plataforma
e o navio é transferido para a plataforma pelos carros reboque. Posteriormente se
fecha a porta da plataforma, que é esvaziada por gravidade, abaixando o navio até
ficar na posição final nos picadeiros. Não é necessário esvaziar completamente a
eclusa.
Figura 14 - Esquema da entrada do navio no Hydrolift
As vantagens são o custo relativamente reduzido em relação ao dique seco, pelo
preço de dois diques secos, se pode construir um hydrolift com capacidade para três
navios; o navio é elevado ao nível do estaleiro, facilitando o acesso de pessoas e
equipamento; permite transferir mais de um navio simultaneamente; as plataformas
recolhem os resíduos e enviam para tratamento posterior.
28
As desvantagens são custo inicial de equipamento elevado; manutenção de
equipamentos elevada; não permite o uso da eclusa como plataforma, pois impede a
entrada e saída para as outras plataformas (13).
3.4.
Syncrolift
Um syncrolift é um mecanismo que permite transferir o navio desde uma posição
inicial flutuando a um final em seco, aonde será feito o reparo.
O sistema é composto de uma plataforma formada por vigas metálicas que
submergem abaixo do fundo do navio e o elevam até uma estrutura com trilhos, que
guincha o barco até o local do reparo.
Figura 15 - Syncrolift
A plataforma é preparada com picadeiros nos quais o navio ficará em sua
posição final e então submerge e o navio é rebocado para cima dela. A plataforma é
elevada por meio de motores situados em terra sincronizadamente a fim de manter a
horizontalidade e distribuição uniforme da carga sobre a plataforma.
Uma vez que a plataforma chega à altura da zona de docagem, o navio inicia o
movimento sobre os trilhos até o local final de trabalho.
29
Figura 16- Esquema de entrada do navio no Syncrolift
Uma grande vantagem do syncrolift em relação ao dique de reparo é que o
primeiro não fica imobilizado durante o período de reparo, podendo ser utilizado para
continuar movendo os navios sempre que precisar e tem maior rapidez de operação.
O inconveniente é a zona de docagem, que sempre deve estar livre e não devem
existir elementos fixos que sirvam de obstáculo para o movimento dos navios, alto
custo de construção e manutenção e requer maquinário de alta tecnologia (11).
3.5.
Determinação do tipo de sistema de docagem
Na Figura 17está indicada a área que será utilizada para este estudo. Ela possui
um canal de entrada com 14m de profundidade, um canal interno com 11m e uma
área de manobra com 16m de profundidade.
30
Figura 17 - Layout geral da área do estaleiro
Na Figura 18 é mostrado em detalhe a área de localização do estaleiro. Essa
área possui um cais de 4m de altura.
Como foi indicado no item 2.2, os trabalhos em seco são basicamente a
carenagem, pintura e reparo do sistema de DP. Em entrevistas com diversos
engenheiros que trabalham com reparos concluímos que os armadores preferem fazer
os trabalhos em seco e depois atracar a embarcação no cais para fazer o resto dos
reparos porque desta forma enquanto os trabalhos avançam eles podem testar os
equipamentos do DP.
O principal objetivo do projeto é determinar um sistema de docagem que tenha o
menor custo e facilidade de implantação.
Os principais limites de projeto são a profundidade do canal e altura do cais no
local determinado para o dique, o calado e o peso da embarcação a ser reparada. A
partir desses parâmetros, foi necessário excluir alguns sistemas descritos no presente
capítulo.
31
Oficinas
construídas
Figura 18 – Detalhe da localização do estaleiro
O dique seco já foi descartado inicialmente pela impossibilidade de se fazer uma
obra de civil de grande porte no local por ser muito dispendioso e demorado, além de
já existirem construídas no estaleiro algumas instalações, impossibilitando sua
alocação. Pelo mesmo motivo a opção de utilizar um sistema tipo hydrolift tradicional
foi descartada. Apesar de ser viável sob o ponto de vista econômico, uma simples
avaliação do local já impossibilita a sua instalação porque este tipo de sistema só é
viável se tiver dois o três locais para reparar as embarcações.
A opção do syncrolift é indicada para navios de peso reduzido, o que não é o
caso dos navios de perfuração que tem peso leve elevado. Um syncrolift para um
navio desse porte seria também muito caro.
A possibilidade mais indicada é um dique flutuante. Para o local, esse dique
flutuante tem duas opções de projeto:

Pode ser fixo no local, um híbrido de dique flutuante e hydrolift, operando com
guias que ajudam a reduzir os momentos nas operações de float on e float off,
funcionando sem a necessidade de flutuadores, o que faz dele o projeto mais
barato;

Dique flutuante comum e livre, com a vantagem de poder ser rebocado a locais
de maior profundidade para fazer as operações de load in e load out.
A escolha entre os dois tipos será feita após os primeiros resultados preliminares
de dimensionamento do dique.
32
4. DIMENSIONAMENTO DO DIQUE
Ao se projetar o dique flutuante, algumas estimações devem ser feitas com a
intenção final de minimizar a quantidade de aço empregado em sua construção,
sempre tendo em conta que se deve obedecer aos limites estruturais e parâmetros de
estabilidade mínimos determinados pelas regras. Foram utilizadas as regras da DNV Det Norske Veritas (13).
Passos do projeto do dique flutuante:
Características hidrostáticas e
dimensões dos navios e dos
picadeiros
Dados do porto e área de
manobra
Dimensionamento do pontão do
dique
Dimensionamento dos
flutuadores do dique
4.1.
Sequência de operações
Para dimensionar o dique flutuante escolhido como o meio de docagem do
estaleiro, é imprescindível conhecer com detalhes as operações que serão realizadas.
As operações principais são (11):
 Manobra de entrada e saída do dique flutuante
 Com o objetivo de docagem, temos as operações:
o
Float on
o
Float off
 Para a transferência entra mar e terra:
o
Load in
33
o
Load out
Essas operações também são muito importantes na escolha do dique a ser
projetado. As manobras serão descritas detalhadamente ao final da escolha do dique
a ser implantado no local.
4.2.
Cálculo hidrostático do dique flutuante
Um dique flutuante deve ter dimensões, resistência, deslocamento e estabilidade
suficiente para elevar da água um navio, ou qualquer outra estrutura, usando sua
flutuabilidade.
Um dique flutuante deverá ser projetado de tal maneira que se tenha adequados:
 Estabilidade, borda livre e flutuabilidade;
 Resistência longitudinal;
 Resistência transversal;
 Resistência aos esforços locais;
Os valores mínimos serão determinados pela norma “Rules for Classification of
Floating docks”, de janeiro de 2012, da sociedade classificadora DNV (13).
4.2.1. Estabilidade

Condições de carga em estudo (A 200 Loading Conditions).
Serão estudadas as seguintes condições de carga:
o
Condição com o dique totalmente submergido flutuando com sua
borda livre mínima.
o
Condição com o dique submerso até a linha superior dos
picadeiros, quando o navio está apoiado nos picadeiros e a linha
d’água submersa seja mínima;
o
Condição com o dique em sua posição final de trabalho com o
navio típico sobre os picadeiros, incluindo o navio mais
desfavorável.

Condições de estabilidade intacta (A 300 Intact Stability Requirements).
Devem ser cumpridos os critérios de estabilidade intacta estabelecidos:
o
Proporcionando as curvas de estabilidade intacta em águas
tranqüilas.
34
o
Devem ser corrigidas de acordo com o efeito das superfícies livres
nos tanques. Devem ser corrigidos de uma maneira realista, tendo
em conta o nível de líquidos nos tanques e o ângulo de inclinação.
o
Considera-se que todos os canais de ventilação estão fechados
no momento do cálculo.
4.2.2. Borda livre
Borda livre até o teto dos costados:

Quando todos os equipamentos de segurança estão inundados, mas não
há carga sobre os picadeiros (o navio não encosta no dique), a borda
livre não deve ser menor que 1 metro.

Em qualquer caso, a borda livre deve ser suficiente para que proporcione
uma reserva de flutuabilidade e estabilidade adequada para resistir a
qualquer inundação acidental de qualquer compartimento de segurança.

As aberturas de acesso devem ter meios suficientes de fechamento para
prevenir que a água do mar passe para os flutuadores do dique.
Borda livre até o teto do pontão:

A borda livre até o teto do pontão em sua posição final de trabalho com
um navio correspondente à sua capacidade de içamento sobre os
picadeiros não deve ser menor que 300 mm na parte central e menor que
75 mm no interior dos flutuadores laterais. Todos os equipamentos
devem ser posicionados de modo que não haja banda ou trim.

Se o porto não está protegido às intempéries do tempo, podem ser
necessárias bordas livres maiores que as mencionadas anteriormente.
4.2.3. Sistema de referência
Para estabelecer as forças atuantes no conjunto é necessário conhecer qual
será o sistema de referência empregado. O sistema de referência principal (XYZ)
empregado nos cálculos do dique é um sistema de três dimensões que obedece à
regra da mão direita. O sistema tem sua origem na popa do dique, na linha central do
mesmo, como ilustra a Figura 19.
35
Figura 19 - Sistema de referência

X positivo: eixo situado na longitudinal do dique, crescendo para a direita.

Y positivo: eixo situado na transversal do dique, crescendo para dentro
do papel.

Z positivo: eixo vertical, crescendo para cima.
Um eixo secundário de coordenadas (xyz) situado na popa do navio com a linha
central do mesmo será utilizado. Quando for analisado o sistema dique + navio, as
coordenadas do navio (xyz) devem ser transladadas para as coordenadas do dique
(XYZ), para tanto, deve ser conhecida a posição que o navio vai ocupar dentro do
dique. Essa posição será determinada pela posição dos picadeiros.
4.2.4. Parâmetros empregados para o cálculo da estabilidade
Antes de proceder com o cálculo da estabilidade deve ser escolhida uma série
de parâmetros que servirão para o cálculo, relacionados a seguir.
Os cálculos foram feitos com o auxílio das planilhas de Juan Rodriguez e Sandra
Garcia, alunos de mestrado da UFRJ (14).
a) Constantes
Em primeiro lugar, são definidos os parâmetros gerais que serão considerados
constantes. Eles serão utilizados para todos os cálculos.

ρ: Massa específica da água salgada;

𝜌𝑎𝑐 : Massa espacífica do aço;

g: Aceleração da gravidade;

E: Módulo de Young ou módulo de elasticidade do aço.
36
Os valores das constantes são:
Tabela 4 - Constantes utilizadas
b)
Constante
Valor
Unidade
ρ
1,025
𝑡/𝑚3
𝝆𝒂𝒄
7,85
𝑡/𝑚3
g
9,81
𝑚/𝑠 3
E
210000
MPa
Dados do entorno
São indicadas a seguir, na Figura 20, as características do canal existente no
estaleiro em questão, utilizadas no cálculo do dique.
Figura 20 - Parâmetros de entrada

Margem lateral: Espaço existente entre o costado do navio e o costado
do dique para facilitar a entrada no mesmo.
37

Calado do porto: Profundidade máxima do canal aonde se vai realizar a
operação de docagem do navio. O calado é dado pela dragagem
realizada no canal do estaleiro.
Figura 21 - Profundidades do canal

Margem de fundo: Distância entre a quilha do dique, quando o mesmo
encontra-se submerso em seu calado máximo, e o fundo. Deve garantir
que o dique não encalhará no fundo.

Margem de manobra: Distância entre a parte superior dos picadeiros e a
quilha do navio.

Altura do cais: Distancia entre o espelho d’água e o cais. Depende da
maré e da altura do cais. Os dados da maré foram extraídos das tabelas
de maré da FEMAR – Fundação de estudos do mar, situada em São
João da Barra, cidade próxima ao estaleiro. A maré varia 1 metro entre a
maré baixa e a maré alta.
38
Figura 22 - Informações oceânicas da região
Deve ser considerado o valor mais crítico, que é o da maré baixa.
Valores para os parâmetros que se mantiveram constantes para todos os
cálculos:
Tabela 5 - Parâmetros de entrada
4.3.
Parâmetro
Valor
Unidade
Margem lateral
4,00
m
Margem de fundo
1,00
m
Margem de manobra
0,30
m
Altura do Cais
4m
m
Calado máximo do Canal
16,00
m
Calado no local de operação
11,00
m
Dados do navio
Os dados do navio serão utilizados para dois cálculos diferentes:
Num primeiro calculo, serão tomados os dados do maior navio a ser docado para
poder dimensionar o dique do estaleiro. Em um segundo calculo, serão utilizados os
dados de qualquer navio, dentro das dimensões atendidas pelo dique, com o objetivo
39
de calcular o lastro necessário para o dique e sua posição dentro dos tanques para
realizar as operações de float on e float off e o load in e load out.
Para um cálculo aproximado dessas operações, devem ser utilizados os
seguintes dados do navio:

Comprimento total

Comprimento entre as perpendiculares

Pontal

Peso leve de docagem

Calado de docagem

Posição longitudinal do centro de gravidade

Posição transversal do centro de gravidade

Posição vertical do centro de gravidade

Diagrama de peso leve: em caso de não ter em disposição a curva de
peso leve do navio, ela deve ser estimada.
Após uma longa pesquisa, foi constatado que os novos navios de perfuração
construídos estão aumentando de tamanho, logo o dimensionamento do dique será
feito tomando em conta os maiores navios do mercado atual. Temos abaixo, na Tabela
6, uma lista dos navios mais relevantes em operação no Brasil.
Tabela 6 - Maiores navios em operação no Brasil
Nome
Construção L [m]
B [m]
T [m]
NORBE VIII
2011
238
42
12
ODN I
2012
238
42
12
CAROLINA
2011
238
42
12
ODN II
2012
238
40,4
9,5
DEEPSEA METRO II
2011
229
36
10
ENSCO DS-4
2010
228,9 42,1
8,5
PACIFIC MISTRAL
2011
228,0 42,1
8,5
PETROBRAS 10000
2009
228,0 41,8
8,5
SERTAO
2012
228
12
DEEPWATER DISCOVERY
2000
227,5 42,0
8,5
AMARALINA STAR
2012
218
42
11
LAGUNA STAR
2012
218
42
11
CHYKIU
2005
210,0 38,0
40
42
8,2
4.4.
Dimensionamento do Pontão
Para o dimensionamento do dique, o mesmo é primeiramente considerado uma
barcaça, como uma caixa retangular que posteriormente poderá ter flutuadores laterais
a ser adicionados para melhorar a estabilidade nas operações de float on e float off.
Essa caixa é chamada de pontão.
Figura 23 - Dimensões do pontão
4.4.1. Comprimento
O comprimento escolhido para o pontão será o comprimento total do dique. Para
a determinação do comprimento, recorremos à base de dados dos navios de
perfuração, o principal foco do estaleiro de reparos escolhido. Foi constatado que os
navios construídos nos últimos anos estão aumentando de tamanho, logo o tamanho
deve ser no mínimo igual ao maior navio encontrado no ano de 2014.
Como visto na Tabela 6, os maiores navios estão na faixa de 240 metros. O
tamanho escolhido para o dique foi de 300 metros, a fim de se antecipar ao
crescimento dos próximos navios construídos.
𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 300 𝑚
4.4.2. Boca
Será equivalente à boca de trabalho do dique, também será escolhida
dependendo do tamanho dos navios a serem reparados. Será escolhida a partir do
navio de maior boca encontrado no mercado hoje. A esse valor, são adicionadas
margens de segurança em cada costado para poder realizar a manobra de entrada e
41
saída do navio com segurança e para facilitar o trabalho de reparo quando o navio
estiver dentro do dique flutuante.
Verificando a Tabela 6, é possível constatar que as maiores bocas são as de 42
m, adicionando as margens de segurança de 4 metros, temos que o tamanho da boca
do pontão é de 50 m.
𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 𝐵𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 2 ∗ 𝑀𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 42 + 2 ∗ 4 = 50 𝑚
4.4.3. Capacidade de elevação mínima
Além do comprimento e da boca, um parâmetro fundamental para o
dimensionamento de um dique é a sua capacidade de elevação, já que é um dos
parâmetros que vai definir quais navios podem ser atendidos pelo estaleiro. Os navios
sonda são navios de peso leve elevado, principalmente por causa dos equipamentos
de perfuração instalados no seu casco. Os maiores navios têm por volta de 50000 t de
peso leve, logo o dique deve ter uma capacidade de elevação mínima de 56000 t por
segurança.
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎çã𝑜 = 56000𝑡
4.4.4. Peso leve
É o peso de aço estimado usado na fabricação do pontão. Utilizando o artigo
sobre cálculo de peso leve de navios (15), foi calculado preliminarmente o peso leve
do pontão.
𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 10000 𝑡
4.4.5. Calado leve
É o calado do pontão em seu peso leve, calculado como:
𝑇𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =
𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜
= 0,65 𝑚
𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌
4.4.6. Calado do pontão com o navio a bordo
É o calado necessário do pontão quando estiver sustentando o peso do navio
em seus picadeiros, para estar em equilíbrio. Para o cálculo do calado do pontão com
o navio a bordo, usamos o princípio de Arquimedes.
∑𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 = 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑥𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡ã𝑜
𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 = 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌
42
𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =
𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠
= 3,99 𝑚
𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌
4.4.7. Pontal
Para o cálculo inicial do pontal do pontão, será escolhido o maior dos seguintes
valores:

O dique carregando o navio, deve poder se alinhar com o cais, o que
implica que o pontal deve ser suficiente alto para se alinhar para qualquer
condição de maré. Se consideramos que a distância máxima (que seria o
caso da maré baixa) do espelho d’água até o cais vem a ser de 4 m, o
pontal mínimo do pontão deve ser:
𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐻𝑐𝑎𝑖𝑠 = 7,99 𝑚

Segundo a regra da DNV com respeito à borda livre (Capítulo 2, Seção 2,
A200), a borda livre do pontão do dique com o navio a bordo não deve
ser inferior a 0,30m. Portanto, de acordo com a norma, o pontal mínimo
do pontão deve ser:
𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜𝑠𝑒𝑚𝑐𝑎𝑖 𝑠 = 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐵𝑜𝑟𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑣𝑟𝑒 𝑑𝑎 𝐷𝑁𝑉 = 4,29 𝑚
Como pode ser verificada, a primeira opção tem um pontal maior que a segunda.
Logo a segunda também é satisfeita.
𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 8,00 𝑚
 LCG
É a posição longitudinal do centro de gravidade. Como é simétrica, a posição
longitudinal do seu centro de gravidade em relação à sua popa, se encontra na
metade do seu comprimento.
𝐿𝐶𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =
𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜
= 150,00 𝑚
2
 TCG
É a posição transversal do centro de gravidade do pontão. Por se tratar de uma
caixa simétrica, o centro de gravidade transversal se localiza na metade de sua boca,
posição 0m para o sistema de referência.
43
𝑇𝐶𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 0 𝑚
 KG
Centro vertical de gravidade do pontão. Novamente por se tratar de uma caixa
retangular e simétrica, com seus pesos uniformemente distribuídos, seu KG se
encontra na metade do pontal.
𝐾𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =
𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜
= 4,00 𝑚
2
Em resumo, temos um pontão de:
Tabela 7 - Dimensões do pontão
Parâmetro
Valor
Unidade
Comprimento
300
m
50
m
56000
t
8
m
Pontal sem o cais
4,29
m
LCG
150
m
TCG
0
m
KG
4
m
Boca
Capacidade de elevação
Pontal alinhado com o cais
Com os valores principais do pontão, podemos calcular os flutuadores laterais
que permitem garantir a estabilidade do dique durante toda a operação.
4.5.
Análise dos resultados do pontão
Como mostra a Figura 24 - considerando os limites físicos para a manobra de
load in, temos os limites para a operação do dique:
Tabela 8 - Limites físicos para a operação do dique
Margem de segurança de fundo
1
m
Altura dos picadeiros
1,8
m
Margem de manobra
0,3
m
Altura do cais
4
m
44
Figura 24 - Limites físicos para operação do dique
Confrontando os limites físicos e o resultado mostrado na Tabela 8, vemos que o
projeto mais barato que seria um híbrido de dique flutuante / hydrolift com guias fixas
no cais do estaleiro não é possível de viabilizar.
Já que como mostra a Figura 25, se considerarmos que precisamos de 8 metros
de pontal no dique para poder alinhar com o cais e temos de calado no píer de 11
metros não podemos realizar a manobra de entrada do navio.
Figura 25 - Perfil do pontão com o cais
45
A solução é rebocar o dique para o maior calado disponível para se tornarem
possíveis as manobras de float on e float off. Para tanto, o dique deve ser um dique
flutuante comum, que deve ter flutuadores adicionados ao pontão.
4.6.
Cálculo dos flutuadores do dique
Para o cálculo das dimensões definitivas do dique, uma vez dimensionado o
pontão, é necessário dimensionar os flutuadores que permitem realizar as operações
de float on e float off. Para tanto, devemos usar as condições de estabilidade do
conjunto dique + navio.
4.6.1. Estabilidade transversal
Estabilidade é a propriedade que tem o navio de retornar à sua posição inicial de
equilíbrio, depois de cessada a força perturbadora que dela o afastou. Estas forças
perturbadoras podem ser devido a movimentação de cargas, ondas e etc.
No caso do dique flutuante, o cálculo da estabilidade é mais complicado que o
cálculo da estabilidade de um navio, pois além de calcular a estabilidade do dique e do
navio separados, deve-se calcular a estabilidade do conjunto dique + navio.
Para o estudo da estabilidade transversal para pequenos ângulos, será
analisado o GM ou altura metacêntrica do conjunto.

KB: Posição vertical do centro de carena;

BM: Raio metacêntrico;

KG: Posição vertical do centro de gravidade;

FS: Correção da superfície livre.
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 − 𝐹𝑆
Figura 26 - Estabilidade do navio
46
Devemos estudar cada parâmetro que a equação acima depende para
determinar como varia a estabilidade ao modificar cada um.

BM
Centro de carena. É a distância em metros entre o metacentro M e o centro de
gravidade G.
o
M: metacentro;
o
B: Centro de carena;
o
I: Inércia do conjunto em relação à linha de centro (𝑚4 );
o
𝛻: Volume suberso (m³).
𝐵𝑀 =

𝐼
𝛻
KB
Posição vertical do centro de carena em metros. Obtida pelas curvas
hidrostáticas para o calado em estudo, em caso da falta das hidrostáticas, pode ser
obtido mediante a fórmula:
𝐾𝐵 =
o
∑𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖 ∗ 𝐾𝐵𝑖
∑𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖 : Volume de cada uma das partes submersas do
conjunto (m³);
o
𝐾𝐵𝑖 : Posição vertical do centro de carena de cada uma dessas
partes em relação a uma referência (m).

KG
Posição vertical do centro de gravidade. Depende da distribuição do peso do
objeto flutuante estudado.
𝐾𝐺 =
∑𝑃𝑖 ∗ 𝐾𝐺𝑖
∑𝑃𝑖
o
𝑃𝑖 : Pesos dos diferentes elementos do conjunto (t);
o
𝐾𝐺: Posição vertical do centro de gravidade dos diferentes
elementos do conjunto em relação a uma referência (m).
47

FS
Correção devido ao efeito de superfície livre. Se os tanques de lastros tem um
volume menor que 98%, deverá ser levada em conta a correção devido o efeito de
superfícies livres. Se existem superfícies livres nos tanques de lastro, deve ser feita a
correção da posição do centro de gravidade calculada para o conjunto sem superfícies
livres e, portanto a altura metacêntrica do conjunto deve ser alterada.
𝐹𝑆 =

𝐿𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ∗𝐵𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ³
𝐼𝜌𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
𝛻𝜌𝑚𝑎𝑟
(𝑚4 );
o
𝐼=
o
𝐿𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑚 ;
o
𝐵𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = Boca do tanque (m);
o
𝛻 = Volume total deslocado pelo conjunto (m³).
12
Análise da altura metacêntrica.
o
Se GM=0 a estabilidade é neutra.
o
Se GM<0 a estabilidade é negativa.
Figura 27 - Estabilidade negativa
48

Se GM>0 a estabilidade é positiva.
Figura 28 - Estabilidade positiva
4.6.2. Estabilidade do navio
No momento da entrada do navio no dique é imprescindível que a sua
estabilidade seja positiva (GM>0), caso contrário, não é possível fazer a transferência
do navio.
A estabilidade do navio irá mudar durante a operação de docagem, já que o
calado do navio será variado dependendo da fase de operação. Por esse motivo é de
extrema importância conhecer com exatidão os dados de estabilidade do navio na sua
entrada no dique, já que todos os cálculos posteriores vão depender dos mesmos.
É necessário que o navio esteja bem apoiado e fixo nos picadeiros antes que ele
perca sua estabilidade para que o mesmo não vire.
É indispensável realizar um bom estudo de estabilidade do navio nas seguintes
condições:


Manobra de entrada
o
Navio flutuando;
o
Navio tocando os picadeiros;
o
Navio apoiando nos picadeiros laterais ou nas escoras;
o
Calado do navio com o GM=0 (ponto de instabilidade).
Manobra de saída
o
Calado do navio com o GM=0 (ponto de instabilidade
o
Navio apoiado nos picadeiros;
o
Navio antes de ser levantar dos picadeiros;
49
o
Navio flutuando.
O estudo de estabilidade do navio não precisa ser feito para o propósito do
trabalho, que é dimensionar o dique, já que apenas é necessário conhecer o valor do
GM para o dique sozinho e para o conjunto dique + navio.
4.6.3. Estabilidade do dique
Devem ser aplicados os conceitos de estabilidades explicados anteriormente nas
cinco fases seguintes:
1) O dique totalmente submerso em sua máxima profundidade sem o navio;
2) Elevação parcial do navio: navio elevado a aproximadamente metade de seu
calado de docagem;
3) Linha d’água na parte superior dos picadeiros;
4) Linha d’água no teto do pontão;
5) O dique com o navio fixo nos picadeiros, em seu calado de operação.
Figura 29 - Fases de estabilidade
50
Para cada uma das fases, deverá ser estudado o valor do GM, considerando a
regra da DNV A300 que obriga que a altura metacêntrica do conjunto (GM) seja maior
que 1 m.
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 − 𝐹𝑆
𝐺𝑀 > 1
Figura 30 - Estabilidade do conjunto navio + dique
Os flutuadores devem ser projetados visando cumprir a norma.
Se o dique é composto apenas do pontão, quando se encontra com o calado na
parte inferior da base, a área do plano de flutuação será a dos picadeiros. Dada a sua
área reduzida e sua proximidade com a linha central do dique, teria uma inércia
transversal muito pequena, o que implica um BM muito pequeno e, por conseqüência,
uma altura metacêntrica muito reduzida ou negativa. Supondo o pontão sem o navio,
submerso logo acima do teto do pontão, no início dos picadeiros:
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺
𝐵𝑀 =
𝑖𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠
𝛻𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
Supondo uma linha de picadeiros que ocupa todo o comprimento do pontão,
temos o cálculo preliminar para uma área retangular:
𝐵𝑀 =
𝑖𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠
𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ³
=
~𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑜
𝛻𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜
12 ∗ 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜
Como o peso dos picadeiros é desprezível em relação ao peso do pontão e
tendo em conta que o mesmo está totalmente submerso, pode-se dizer que:
51
𝐾𝐵 ≈ 𝐾𝐺 ≈
𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜
2
Então:
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 ≈ 0
Ao se colocar o navio em cima dos picadeiros o KG aumenta e o KB e o BM se
mantêm o mesmo para o mesmo calado, portanto:
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 < 0
É possível concluir que é necessário colocar os flutuadores para garantir a
estabilidade do dique na fase mais crítica, aonde a água se encontra na linha dos
picadeiros e, portanto, garantindo a estabilidade nas outras fases.
4.6.4. Cálculo dos flutuadores usando os critérios de estabilidade
Em primeiro lugar é preciso tomar a decisão se os flutuadores serão colocados
em cima ou nas laterais do pontão.
Figura 31 - Localização dos flutuadores
Para manter o valor da boca do pontão já calculada anteriormente e para realizar
as manobras de entrada e saída do navio no dique com maior segurança, além de
aproveitar o maior espaço de flutuabilidade extra, foi decidido pela segunda opção, de
colocar os flutuadores na lateral do pontão.
Para o dimensionamento dos flutuadores, não é necessário estudar todas as
cinco fases mostradas na Figura 29 já que estudando a condição crítica, o valor
atende as demais condições. A escolha vai ser pelo flutuador que atende o critério de
GM>1, como determinado na regra.
Como explicado anteriormente, a condição aonde a estabilidade é mais crítica é
entre as fases 3 e 4, quando a água se encontra em algum ponto dos picadeiros
aonde a área de flutuação tem o seu menor valor.
52
O cálculo dos flutuadores foi abordado de duas maneiras diferentes:

Otimização dos flutuadores: Primeiro foi abordado o problema como uma
otimização dos flutuadores. Foi feito o dimensionamento dos flutuadores
que cumprem as condições de estabilidade e consomem a menor
quantidade de aço em sua construção.

Flutuadores definitivos: A segunda abordagem consiste na eleição de
flutuadores definitivos que atendam às necessidades dependendo do tipo
de
reparo.
Essas
expectativas/necessidades
serão
explicadas
posteriormente no presente trabalho e o cálculo de sua estabilidade nas
fases críticas de operação será feito também.
1) Otimização dos flutuadores
Na otimização, se procura minimizar a área dos flutuadores que cumpram os
requisitos de estabilidade:
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 − 𝐹𝑆
𝐺𝑀 > 1
O primeiro parâmetro a se dimensionar dos flutuadores é o seu pontal. Para o
dimensionamento do pontal dos flutuadores, não é necessário empregar critérios
hidrostáticos, já que o pontal depende apenas da profundidade necessária para
submergir o dique para a operação de entrada e saída do navio, levando em conta a
regra da classificadora, as margens de manobra e de fundo e do tamanho dos
picadeiros.
53
Figura 32 - Dique completamente submerso
Além dos valores já apresentados anteriormente e que comporão o calado do
pontão, a regra da DNV, Capítulo 3, Seção 2 A101 determina que o dique deva ter
sempre a borda livre mínima de 1m.
A análise a seguir é dita preliminar, pois depois que os flutuadores forem
escolhidos, será possível diminuir o pontal do pontão, pois os flutuadores darão mais
flutuabilidade ao conjunto pontão + flutuadores. Portanto os valores mudarão
dependendo das dimensões dos flutuadores.
O pontal preliminar dos flutuadores deve ser no mínimo:
𝐷𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝐷𝐵𝑜𝑟𝑑𝑎𝐿𝑖𝑣𝑟𝑒 + 𝑇𝑛𝑎 𝑣𝑖𝑜 + 𝑀𝑚𝑎𝑛𝑜𝑏𝑟𝑎 + 𝐻𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑀𝑓𝑢𝑛𝑑𝑜 = 20,30 𝑚
Uma vez definido o pontal mínimo dos flutuadores, é necessário fazer a cálculo
de seu comprimento, boca e o número de flutuadores necessário, de acordo com a
regra.
Foram adotados flutuadores retangulares, unidos ao pontão em sua fase crítica,
em função de:

𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Comprimento do flutuador [m];

𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Boca do flutuador [m];

𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Número de flutuadores.
54
Figura 33 - Dique completo
Para um calado chamado de 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 ,quando a água se encontra em algum
ponto dos picadeiros, deve-se analisar o GM para uma gama de calados que
compreendem desde a água acima do teto do pontão até a parte superior dos
picadeiros.
Se os picadeiros tem uma altura de 1,8 metros e o pontal do pontão tem 8,00
metros, temos que o calado crítico preliminar se encontra compreendido entre os
seguintes valores de calado;
𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 𝜖 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 , 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐻𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠
= [8.00,9.80] (m)
Figura 34 - Dimensões dos flutuadores
55
Quando o dique está flutuando com a área na altura dos picadeiros, a área de
flutuação depende apenas dos picadeiros e dos flutuadores. Se for considerado que
tanto os picadeiros como os flutuadores tem áreas retangulares de flutuação, o
momento de inércia a partir da linha de centro é:
𝐼 = 𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜
+ 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠
𝑟𝑒𝑠

𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Inércia dos flutuadores;

𝐼𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 : Inércia dos picadeiros.
Como os picadeiros são diferentes para cada navio a ser docado e costumam ter
uma área muito pequena, sua área não foi considerada no momento para o cálculo.
Se em um cálculo posterior a área for considerada, a condição de estabilidade será
melhorada.
𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗
∗
𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ³
+ 𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
12
𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
2
2
(𝑚)
Tendo em conta que para esse calado, a água chega até os picadeiros, e o
pontão está completamente submerso, logo o volume submerso para essa condição
de 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 será:
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒 𝑟𝑠𝑜 = 𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 (𝑚3 )
Como temos que o BM é dado por:
𝐵𝑀 =
𝐵𝑀 =
𝐼
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜
𝐼
𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑜𝑛 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑜𝑛
+ 𝑁𝑓 ∗ 𝑙𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜
Então temos que o KB será igual a:
𝐾𝐵 =
𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐾𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗
𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 + 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜
+ 𝑁𝑓 ∗ 𝑙𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜
2
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜
E então a posição vertical do centro de gravidade do conjunto:
56
𝐾𝐺 =
𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒 𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝐾𝐺𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝑃𝑓 ∗ 𝐾𝐺𝑓
𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒 𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝑃𝑓
Aonde:

𝑃𝑓 : Peso dos flutuadores
𝑃𝑓 = 2 ∗ 𝑁𝑓 ∗ 𝜌𝑎ç𝑜 ∗ 𝑡𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑙𝑓 +𝑏𝑓 ∗ 𝑑𝑓 +𝑑𝑓 ∗ 𝑙𝑓 (𝑚)

𝑡𝑓 : Espessura de chapa dos flutuadores

𝐾𝐺𝑓 =
𝑑 𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
2
Para o cálculo do FS, é analisado o pior caso, quando todos os tanques estão
parcialmente cheios, cuja altura de lastro no tanque é 𝐻𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 .
𝐹𝑆 =
𝑁𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 ∗ 𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜

𝑁𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 : Número de tanques parcialmente cheios;

𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 :
𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 =
Inércia
𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 ∗𝑏 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ³
12
do
tanque
parcialmente
cheio.
(𝑚4 )
E finalmente é possível calcular a altura metacêntrica usando a fórmula:
𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 − 𝐹𝑆
Para conseguir os flutuadores otimizados é preciso interpolar para várias
dimensões. A iteração seguirá o seguinte diagrama até obter a opção com a menor
área de flutuadores que retorne um GM>1.
57
Se é obtido um resultado de GM>1, as dimensões cumprem os critérios de
estabilidade. Se o critério não é cumprido, é necessário modificar os valores iniciais do
flutuador.
4.7.
Dimensionamento dos flutuadores do dique
Primeiramente serão dimensionados os flutuadores para o pontão definido no
item 4.4, sem considerar a altura do cais de 4 metros.
Os valores dos parâmetros do navio empregados na otimização dos flutuadores serão os do navio
serão os do navio disponível com mais informações, que está indicado na
Tabela 9:
58
Tabela 9 - Dados do navio utilizado
Parâmetro
Valor
Unidade
Comprimento do navio
210,00
m
Boca do navio
42,00
m
Pontal do navio
16,20
m
Peso de docagem pesada do navio
51400,00
ton
Calado de docagem pesada do navio
8,20
m
Peso de docagem leve do navio
37800,00
ton
Calado de docagem leve do navio
6,11
m
LCG do navio (estimado)
100,00
m
TCG do navio (estimado)
0
m
KG do navio (estimado)
15,00
m
Para o cálculo do dimensionamento dos flutuadores, será levado em conta o
valor da altura dos mesmos.
A altura dos picadeiros é de 1,8 m. O número de tanques escolhido foi 30
tanques.
Para um mesmo pontão, existem diferentes possibilidades de flutuadores
otimizados e a dimensão dos flutuadores depende de seu número e relação
comprimento/boca.
O dique a ser projetado vai ser o mais básico, com dois flutuadores de
comprimento igual ao do dique, 300 m, como mostra a Figura 30.
59
Figura 35 – Pontão com flutuadores
O resultado do dimensionamento dos flutuadores é apresentado na Tabela 10.
Tabela 10 – Valores do dique com flutuadores contínuos
Parâmetro
Valor
Unidade
Número de flutuadores
2
-
Comprimento dos flutuadores
300,00
m
Boca dos flutuadores
3,39
m
Altura dos flutuadores
16,66
m
Área de cada flutuador
1017,73
m²
Área total dos flutuadores
2035,46
m²
Comprimento do dique
300,00
m
Boca do dique
56,78
m
Pontal do pontão
3,66
m
Calado leve do dique
0,82
m
Calado de dique+navio
3,36
m
Profundidade necessária
14,66
m
Como é possível verificar na Tabela 10, a profundidade mínima necessária é de
14,66 metros e, analisando a Figura 21, podemos ver que a manobra de float on/off
não é possível ser realizada frente ao cais do local escolhido para o estaleiro porque
tem apenas 11 metros de calado previsto. Entretanto, existe uma área de manobra
indicada com 16 metros de profundidade. No item seguir será realizada a análise de
viabilidade da manobra no local.
4.7.1. Manobras do dique flutuante
Antes de iniciar a manobra de float on, o dique deve ser rebocado para a
posição onde será feita a manobra de entrada do navio. A posição de maior calado
está indicada pontilhada na Figura 36. Logo essa é a posição mais indicada para que
o navio possa adentrar o dique.
60
Figura 36 - Posição inicial antes de o navio entrar no dique
Uma vez colocado no melhor ponto, o dique inicia a imersão controlada de seus
tanques que termina quando o mesmo alcança a profundidade suficiente para que o
navio possa entrar no mesmo livremente, respeitando as margens de manobra e de
fundo a fim de evitar acidentes. A seqüência de carga de lastro deve ser de tal forma
que o dique não tenha banda nem trim.
O navio se posiciona alinhado com o dique com a ajuda de rebocadores. Ainda
com o auxílio de rebocadores, a proa do navio é situada entre os flutuadores do dique.
A proa fica segura mediante cabos atados aos flutuadores, o que permite manter o
navio orientado, se posicionando entre ambos os flutuadores e previne colisões entre
o navio e os flutuadores.
61
Figura 37 - O navio inicia a entrada no dique
Pouco a pouco o navio se move para dentro no dique e à medida que avança, os
cabos são mudados de lugar, atando o navio aos flutuadores mais à frente. Essa
manobra pode também ser realizada de maneira mais automática se o dique flutuante
dispor de carros ou guias laterais que vão tracionando o navio e guiando o navio entre
os flutuadores.
Uma vez que o navio se encontra situado quase completamente entre os
flutuadores, os cabos também atam a popa do navio, seguindo o mesmo esquema
anterior a fim de evitar que a mesma venha a colidir com os flutuadores.
Para saber se o navio se encontra situado na posição exata para ser elevado
pelo dique, podem ser usados mergulhadores ou uma bóia amarrada no último
picadeiro, que deve ser alinhada com a popa do navio.
62
Figura 38 - Navio completamente posicionado no dique
As manobras de float on e float consistem na elevação ou no afundamento do
dique na água por meio de alagamento de seus tanques. O dique flutuante tem um
sistema de válvulas que permitem a entrada de água por gravidade nos tanques para
submergir o dique.
Uma vez o que o navio está amarrado aos costados do dique, os tanques são
deslastrados e, até que o navio se apóie nos picadeiros, é imprescindível haver
controle para que o apoio de realize de maneira correta. Uma vez apoiado
corretamente, o dique é elevado até que o teto do pontão esteja acima da água.
O dique é então rebocado para o local final paralelo ao cais, aonde são feitos os
trabalhos de reparo.
Figura 39 - Dique paralelo ao cais
63
4.7.2. Reparo no cais
No tópico anterior foi viabilizada a manobra de load in e load out pelo dique
projetado no estaleiro em questão. O passo seguinte é analisar a possibilidade de
fazer o reparo no cais. Para tanto, é necessário analisar o calado da embarcação, a
altura do cais e a mobilização de cargas e pessoas.
Figura 40 - Navio docado

Altura do cais
Como foi indicado em 3.5, os trabalhos de reparo em seco são realizados
no dique e o restante com a embarcação atracada no cais, ou seja, não
estamos considerando a possibilidade de transferência da embarcação
para terra, isto significa que não precisamos de um alinhamento rigoroso
com o cais. Apenas é necessário um alinhamento parcial para permitir a
entrada de trabalhadores e equipamentos. Ou seja, podemos considerar
uma margem de um metro no alinhamento, mesmo assim vemos que a
altura do cais indicada é de 4m o que significaria subir o convés do dique
em no mínimo 3 metros.
Na operação de float in/off a profundidade necessária seria de 14,7 mais
3 metros mais um de margem:
𝑇𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑜 = 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑜 + 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑚 = 14,7 + 3 + 1 = 18,7𝑚
64

Mobilidade de cargas:
Nas Figura 43 e na Figura 41 abaixo podemos ver a localização do dique
no cais de reparo, como ele fica paralelo com o cais. O flutuador contínuo
é uma barreira que impede o movimento das cargas.
Figura 41 - Localização do dique
4.7.3. Dimensionamento dos flutuadores para permitir reparo
É possível dimensionar os flutuadores com um espaço entre eles para
possibilitar a passagem do maquinário e pessoas a fim de fazer o reparo.
Foi escolhido um dique com 2 flutuadores de 130 metros cada em cada bordo, o
que deixa um espaço de 40 metros no centro. Os resultados do projeto estão
apresentados na Tabela 11.
Figura 42 - Dique com flutuadores descontínuos
65
Tabela 11 - Dados do dique com flutuadores descontínuos
Parâmetro
Valor
Unidade
Número de flutuadores
4
-
Comprimento dos flutuadores
130
m
Espaço para passagem
40
m
Boca dos flutuadores
3,66
m
Altura dos flutuadores
14,60
m
Área de cada flutuador
476,33
m²
Área total dos flutuadores
1905,32
m²
Comprimento do dique
300,00
m
Boca do dique
57,33
m
Pontal do pontão
3,60
m
Calado leve do dique
0,76
m
Calado de dique+navio
3,30
m
Profundidade necessária
14,90
m
O dique calculado também pode fazer as manobras de docagem no estaleiro em
questão.
Como discutido anteriormente, é possível aumentar o pontal do pontão a fim de
deixar o navio a ser reparado em um nível mais próximo do cais.
66
5.
CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS
Temos apresentado abaixo, na Tabela 12, o resumo do dique projetado para o
estaleiro em questão:
Tabela 12 - Dique final
Parâmetro
Valor
Unidade
Número de flutuadores
4
-
Comprimento dos flutuadores
130
m
Espaço para passagem
40
m
Boca dos flutuadores
3,66
m
Altura dos flutuadores
14,60
m
Comprimento do dique
300,00
m
Boca do dique
57,33
m
Pontal do pontão
3,60
m
Profundidade necessária
14,90
m
Podemos ver na figura abaixo que ainda existe uma diferença até o nível do
cais. A figura é um corte na meia nau do dique.
Figura 43 - Distância do dique ao cais
67
Foi realizada a analise de operação do estaleiro em questão e projetado um
dique flutuante para reparos, comprovando-se que a opção de utilização do syncrolift,
que era o objetivo inicial, não é possível, mas foi projetado um dique flutuante para
realizar os reparos.
Com a presente profundidade do canal do estaleiro e a altura de cais atual,
vemos que é preciso adicionar altura no convés do dique para fazer o alinhamento da
embarcação no cais e poder permitir a entrada de material e trabalhadores no dique.
Mesmo considerando a utilização de uma rampa como solução, apenas tem o
ganho de 1 metro.
Caso a altura do cais não seja modificada, é necessário aumentar a
profundidade do canal para possibilitar o aumento do pontal do pontão, viabilizando
até mesmo a transferência. Um canal de 19 metros na zona de transferência é ideal
para o porte dos navios estudados.
Outra solução é diminuir a altura do cais. Para o ultimo caso apresentado, uma
diminuição de 2 metros possibilitaria o reparo do navio no interior do dique.
É necessário também incluir um estudo detalhado sobre o sistema de
posicionamento dinâmico, de como os thrusters serão retirados no momento da
docagem.
As soluções e estudos adicionais serão analisados em futuros trabalhos na
região.
68
BIBLIOGRAFIA
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Health and Safety. 2011.
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brasileiro de reparos navais. Rio de janeiro : s.n., 2009.
3. Estruel, D.,Gil,S. Diseño de un dique flotante de 7.000 toneladas de fuerza
ascensional: estudio de la estructura y de los servicios. 2012.
4. García, S.,Sarmiento,J. Cuaderno 0 - Memoria del proyecto. 2013.
5. Offshore Operations Subgroup. Subsea Drilling, well operations and completions.
2011.
6. Marinha do Brasil. PROSPECÇÃO, PERFURAÇÃO, PRODUÇÃO E
ARMAZENAMENTO DE PETRÓLEO (PLATAFORMAS, NAVIOS SONDA, FPSO E
FSO). Diretoria de Portos e Costas. [Online] 2014. [Citado em: 15 de junho de 2014.]
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7. Offshore Magazine. Worldwide survey of deepwater drilling rigs. Offshore
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junho de 2014.] http://www.abeam.org.br/upload/navalshore.pdf.
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