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2ª.edição
Rio de Janeiro
2011
Autor:
Co-participação:
Revisora pedagógica:
Revisão Ortográfica:
CLC : Sidnei Esteves Pereira
2ON Thiago de Lima Nascimento
Patrícia Meirinho Garcia Bordoni Pereira
Maria Regina Moirinha Lopes
Depósito legal na Biblioteca Nacional : Nº Registro: 574548; Livro: 1097; Folha: 119 efetuado
em 19 de setembro de 2012.
IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL
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Moveu-nos, na feitura desta apostila, a vontade imperiosa de termos um livro-texto que
atendesse todos os currículos do CIAGA e CIABA nesta área, bem como que viesse a servir
como fonte de consulta aos interessados.
Como toda obra didática, esta também poderá dar origem a controvérsias, visto tratar de
assunto eminentemente técnico e restrito. Para tal, colocamo-nos, desde já, a disposição dos
leitores para que, através de suas críticas, muito possam colaborar com o aprimoramento da
obra que não se pretende definitiva, uma vez apostila.
Queremos agradecer aos mestres, presentes e ausentes, que nos legaram o
conhecimento através dos anos e que forjaram o nosso interesse pelo transporte marítimo.
Um agradecimento especial faz-se mister: ao honrado e saudoso mestre dos mestres,
Capitão-de-Longo-Curso Carlos Rubens Caminha Gomes, por haver-nos apoiado, incentivado,
orientado e concedido o uso de sua brilhante apostila Arquitetura Naval Para Oficiais de
Náutica, sem a qual esta obra estaria incompleta.
Esta apostila, além de atender a disciplina de Estabilidade, atende também grande
parte da disciplina Arquitetura Naval e serve de base para a disciplina Técnica de Transporte
Marítimo, atendendo também aos oficiais de náutica em formação de cursos expeditos, tais
como, Adaptação para Segundo Oficial de Náutica (ASON); Acesso a Segundo Oficial de
Náutica (ACON); Aperfeiçoamento para Capitão-de-Cabotagem (APNT) e Atualização para
Oficial de Náutica (ATNO); servindo para dirimir dúvidas nos diversos assuntos tratados.
Cônscios de havermos tentado preencher uma lacuna existente em nossa querida
Escola, aí está, para o uso de todos os alunos e profissionais do ramo, a nossa APOSTILA DE
ESTABILIDADE PARA EMBARCAÇÕES MERCANTES.
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Agradecemos a colaboração nesta obra dos:
Capitão-de-Longo-Curso Amândio Pereira Chaves
Professor
José Carlos da Silva Coelho (1ª Edição)
Desenhista
Reinaldo José Souza Bastos (1ª Edição)
Digitador
2ON Thiago de Lima Nascimento (2a Edição)
Revisão
CLC Sidnei Esteves Pereira
Coordenador de Embarcação (Técnico de Estabilidade Senior) Kleber Luiz Bordoni
Pereira (PETROBRAS)
Professor/CMG
Mauro Francelino Barbosa
Professor/CLC
Adilson da Silva Coelho
In Memorian
Capitão de Longo Curso
Professor
Desenhista
Capitão de Longo Curso
Amâncio Amaro Esteves
William Saab
Euvaldo Felix Sales
Amândio Pereira Chaves
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Capítulo 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
CONCEITOS BÁSICOS
10
Definição e classificação da estabilidade
Dimensões lineares dos navios
Dimensões volumétricas dos navios
Pesos
Coeficientes de forma
Qualidades e planimetria dos navios
Fórmulas para cálculo de áreas e volumes dos navios
Sociedades Classificadoras
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36
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44
Capítulo 2 PONTOS NOTÁVEIS DA ESTABILIDADE
2.1 Pontos notáveis da estabilidade
2.2 Denominações dadas às distâncias entre os pontos notáveis
2.3 Definição dos pontos notáveis da estabilidade
2.4 Determinação da posição do Centro de Gravidade
2.5 Detalhamento para obtenção do Centro de Gravidade
2.6 Centro de Gravidade
2.7 Experiência de estabilidade
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51
51
51
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56
Capítulo 3 MUDANÇA DE POSIÇÃO DOS PONTOS NOTÁVEIS DA ESTABILIDADE
3.1
3.2
3.3
3.4 Lugar geométrico do Metacentro
3.5 Mudança de posição do Centro de Gravidade
3.6 Efeitos da Remoção
3.7 Embarque de Pesos
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59
59
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Capítulo 4 ESTABILIDADE TRANSVERSAL ESTÁTICA INICIAL
4.1 Estados de equilíbrio dos navios
4.2 Análise dos estados de equilíbrio
4.3 Braços de estabilidade
4.4 Momentos de estabilidade
4.5 Estabilidade de formas e estabilidade de pesos
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67
70
71
75
75
Capítulo 5 SUPERFÍCIE LIVRE
5.1 Noção de momento de inércia
5.2 Noção de momento de inércia em relação a um eixo
5.3 Efeito da superfície livre
5.4 Fórmula para o cálculo da elevação virtual do Centro de Gravidade
5.5 Como atenuar o efeito de superfície livre
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78
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6
Capítulo 6 BANDA PERMANENTE
6.1 Banda permanente devido a descentralização de pesos
6.2 Banda permanente devido a GM = 0
6.3 Banda permanente devido a altura metacêntrica inicial negativa
6.4 Correção da banda permanente
6.5 Processos de correção da banda
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83
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Capítulo 7 CURVAS DE ESTABILIDADE
7.1 Determinação do braço de estabilidade pelo método de Atwood
7.2 Curvas cruzadas de estabilidade
7.3 Construção da curva de braços de estabilidade
7.4 Curvas de momentos de estabilidade
7.5 Correções à curva de braços de estabilidade
7.6 Variação do momento de estabilidade devido a movimentação de pesos
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102
102
119
Capítulo 8 ESTABILIDADE LONGITUDINAL
8.1 Conceitos preliminares
8.2 Centro de Flutuação
8.3 Graus de liberdade de um navio
8.4 TPC- Toneladas por centímetro de imersão
8.5 Variação de calado devido a variação do trim
8.6 MTC Momento para variar o trim de 1cm
8.7 Efeito da remoção de pesos
8.8 Efeito de embarque ou desembarque de pequenos pesos
8.9 Determinação do calado em embarque ou desembarque de peso considerável
8.10 Embarque de peso com variação do calado apenas em uma das extremidades
8.11 Correções ao calado de um navio
8.12 Correção para o calado devido à deflexão do casco
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121
121
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141
Capítulo 9
9.1 Introdução
9.2 Diferença terra-bordo
9.3 Passos no draft survey
9.4 Documentos de bordo necessários
9.5 Aproximação nos cálculos
9.6 Leitura dos calados nas marcas
9.7 Densidade da água
9.8 Pesos a bordo que não a carga
9.9 Constante do navio
9.10 Consumíveis
9.11 Cálculos
9.12 Apêndice A 2ª correção para o trim
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144
145
145
145
146
146
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149
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Capítulo 10 LINHAS DE CARGA
10.1 Introdução
10.2 Convenção Internacional para Limites de Carga 1966
10.3 Determinação das bordas-livres mínimas
10.4 Determinação dos deslocamentos correspondentes às Linhas de Carga
10.5 Efeito da densidade sobre o calado
10.6 Demonstração da fórmula da permissão para água doce
10.7 Permissões envolvendo água salobra
10.8 Estudo sobre carregamento máximo
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Capítulo 11 PLANOS OPERACIONAIS
11.1 Planos Operacionais
11.2 Plano de Capacidade
11.3 Plano de Curvas Hidrostáticas
11.4 Plano ou Diagrama de Compasso (Trim)
11.5 Plano de Curvas Cruzadas
11.6 Caderno (Manual) de Estabilidade
11.7 Plano de Arranjo Geral
11.8 Plano de Segurança
11.9 Plano de Aparelhos de Carga
11.10 Plano de Docagem
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179
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182
182
183
183
183
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Capítulo 12 ESTABILIDADE EM DOCAGEM ENCALHE E AVARIAS
12.1 Docagem
12.2 Encalhe
12.3 Alagamento
12.4 Permeabilidade
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185
190
191
195
Capítulo 13 ESTABILIDADE DINÂMICA
13.1 Importância da estabilidade dinâmica
13.2 Medida da estabilidade dinâmica
13.3 Fórmula de Moseley
13.4 Área sob a curva de braços de adriçamento
13.5 Determinação da estabilidade dinâmica
13.6 Critérios de Estabilidade
198
198
199
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201
203
205
Capítulo 14 ESFORÇOS
14.1 Resistências estruturais
14.2 Esforços longitudinais
14.3 Esforços transversais
14.4 Cálculo analítico da Força Cortante e do Momento Fletor
14.5 Exemplo de cálculo dos esforços longitudinais
212
212
214
215
217
222
8
Capítulo 15
EXERCÍCIOS
225
15.1 Parte I - Exercícios sobre Estabilidade Transversal
15.2 Parte II - Exercícios sobre Estabilidade Longitudinal
15.3 Respostas dos exercícios parte I e parte II
Bibliografia
Anexos:
9
225
230
236
240
241
CONCEITOS BÁSICOS
Nesta parte são apresentados os aspectos básicos da nomenclatura e definições que são
imprescindíveis ao estudo da estabilidade. Por isso, é necessário que os aspectos aqui
apresentados sejam bem assimilados para o estudo posterior da estabilidade transversal,
longitudinal dinâmica e o estudo dos esforços.
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1.1 DEFI NIÇ ÃO E CL ASSIFIC AÇ ÃO DE ESTABI LID ADE
1.1.1 Definição
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: as vagas, provocando balanços, um rebocador puxando o navio para
um dos bordos, a movimentação de pesos por guindastes, paus de carga, cábreas, etc.
A Estabilidade é estudada sob vários aspectos, a saber:
Inicial: ângulos de inclinação até 12º
Estática
Transversal
Grandes balanços: ângulos de inclinação maiores que 12º
Estabilidade
Dinâmica
Longitudinal
E S TA B I L I D AD E T R A N S V E R SA L
Estuda o comportamento do navio no sentido transversal, isto é, de bordo a bordo.
E S TA B I L I D AD E L O N G I T U DI N A L
Estuda o seu comportamento longitudinal, isto é, no sentido de proa a popa.
E S TA B I L I D AD E E S TÁ T I C A
Estuda as forças que afastam o navio da posição inicial.
E S TA B I L I D AD E D I N Â M I C A
Estuda a estabilidade sob os efeitos das vagas e influências externas. Considera-se o
trabalho necessário parar levar o navio a uma determinada inclinação.
C O M P R I M E N T O é a medida linear unidimensional compreendida entre os dois pontos
de referência. Unidade: m, Km, pé, etc.
P E S O grandeza originada pelo produto da massa de um corpo com a aceleração local
da gravidade.
VOLUME
Espaço tridimensional ocupado por um corpo.
É o número de unidades cúbicas contidas no objeto.
Conhecendo-se o volume de um corpo e o seu respectivo peso específico, basta
multiplicá-lo por este para encontrarmos o seu peso ou multiplicá-lo pela densidade para
obtermos a sua massa.
P
M
V
V
D E N S I D A D E A B S O L U T A de um corpo sólido ou líquido
massa do corpo e a unidade do volume.
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é a relação existente entre a
D E N S I D A D E R E L A TI V A
igual volume de água doce.
relação entre a massa específica da substância e a massa de
FORÇA
É tudo aquilo capaz de produzir ou modificar o estado de repouso ou de
movimento retilíneo uniforme de um corpo. O peso de um corpo é uma força.
EQUILÍBRIO
Um corpo permanece em equilíbrio quando a resultante de forças que
sobre ele atua é nula.
I N É R C I A Propriedade pela qual um corpo não pode por si só modificar seu estado de
repouso ou de movimento.
M O M E N T O B I N Á R I O Seja um binário, de duas forças iguais, paralelas e de sentidos
opostos. O momento desse binário é igual ao produto de uma das forças pela menor distância
entre elas.
P R E S S Ã O A água exerce um pressão de baixo para cima, essa pressão é proporcional
à profundidade e a superfície que atua de acordo com o Teorema de Pascal (todo aumento de
pressão é transmitido igualmente em um líquido). Muitas pessoas pensam que pressão é
sinônimo de força, porém a pressão leva em conta não apenas a força mas também a área em
que a força atua.
Pressão
Força
Área
A água exerce uma pressão perpendicular à superfície. Quando um corpo está imerso, a
pressão do líquido é em direção perpendicular à superfície imersa.
EMPUXO
Um líquido exerce um empuxo sobre um corpo flutuante ou imerso nele
porque a pressão na parte inferior do corpo é maior que a pressão na sua parte superior. A
força de empuxo só depende da diferença de pressões entre a face inferior e superior do
corpo. Não depende da profundidade, portanto o valor do empuxo é igual ao peso do líquido
deslocado.
P R I N C Í P I O D E A R Q U I M E D E S : (Fig.1.1)
Todo corpo mergulhado num líquido recebe um empuxo deste de baixo para cima
igual ao peso do volume de massa líquida deslocada.
Observe a figura 1.1 para melhor entender essa definição.
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