11

HidrostHidrostáática de Naviostica de Navios

Encalhe e DocagemEncalhe e Docagem

22

EncalheEncalhe, , DocagemDocagem e e LanLanççamentoamento àà ÁÁguagua

• Existem várias situações que ocorrem, ou podem ocorrer, durante a vida operacional do navio que envolvem a aplicação de forças num ou mais pontos do fundo do navio.

• Estas forças têm efeitos negativos na condição geral do navio, pelo que interessa estudar essas situações de modo a acautelar eventuais perigos para o navio.

• A primeira situação deste tipo é o encalhe do navio, acidente este bastante vulgar.

• A segunda situação é a docagem, uma operação periódica que deve portanto ser estudada atentamente.

• A terceira situação é o lançamento à água, que marca o início da vida do navio e envolve uma série de cuidados que adiante se mencionarão.

33

DefiniDefiniççãoão e e EfeitosEfeitos do do EncalheEncalhe• O Encalhe de um navio ou embarcação, geralmente acidental, consiste em

tocar no fundo e ficar nele preso sem flutuar.

• Antigamente, procedia-se ao encalhe propositado do navio, em locais apropriados, de modo a proceder à beneficiação do fundo ou por outro motivo.

• O encalhe traduz-se na aplicação de uma força num determinado ponto ou área do fundo do navio.

• Esta força, dirigida de baixo para cima, é igual, em intensidade, à diferença entre o deslocamento do navio e a sua impulsão.

• Pode demonstrar-se que os efeitos dessa força poderão ser:• Uma variação da imersão média.

• Uma variação do caimento do navio.

• Uma variação do ângulo de adornamento.

• Uma subida virtual do centro de gravidade, provocando uma variação da alturametacêntrica transversal.

44

EncalheEncalhe de de NaviosNavios emem FundosFundos RochososRochosos

55

EncalheEncalhe de de NaviosNavios emem FundosFundos ArenososArenosos

66

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 11• Considere-se um navio que encalha num ponto da quilha situado na

vertical do centro de flutuação.

• No momento em que o navio encalha a sua linha de água é L1A1, o deslocamento é Δ1, o centro de gravidade situa-se em G1 e a impulsão actua no centro de impulsão, o ponto C1.

• Se a maré começar a baixar, ao fim de algum tempo a nova linha de água do navio é L2A2.

• O deslocamento e o centro de gravidade do navio mantém-se iguais, mas os calados diminuiram a vante e a ré a um bordo e a outro, de uma quantidade . c

77

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 22

• O volume da carena é agora menor do que antes de a maré baixar, sendo a diferença representada pela fatia de carena (assinalada a tracejado) compreendida entre as linhas de água inicial, L1A1, e a linha de água final, L2A2.

• O centro de impulsão, que é função da carena do navio, mudou assim de localização, encontrando-se agora em C2.

• Para que permaneça em equilíbrio, o navio a flutuar com a linha de água L2A2 apoia-se sobre o ponto de encalhe.

• Recebe nesse ponto uma reacção do fundo (R) igual ao peso de fluido compreendido na faixa de carena perdida (entre L1A1 e L2A2).

88

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 33

• Para libertar o navio do encalhe seria necessário retirar de bordo um peso igual à reacção R no ponto de encalhe.

• Tal deve-se a que sem o peso R a bordo o navio teria um novo deslocamento, agora reduzido, que seria igual à impulsão que actua na carena até à linha de água L2A2.

• Ou seja, o navio poderia agora flutuar livremente e, portanto, libertar-se do ponto de encalhe. A reacção pode ser calculada aproximadamente usando:

uDcR

• A reacção poderia ainda ser calculada, mais exactamente, usando o GCD para retirar os deslocamentos do navio à imersão inicial, Δ 1, e final, Δ 2, calculando-se então R por meio de:

21 R

99

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 44

• O encalhe tem também um efeito sobre a estabilidade transversal do navio.

• O efeito da força de encalhe R é equivalente a desembarcar um peso com o mesmo valor de R e localizado no ponto de encalhe.

• Uma vez que se desembarcou um peso do ponto de encalhe, o centro de gravidade do navio sobe, passando de G1 para G2.

• O centro de gravidade sobe de uma distância dada por:

RKGRGG

1

121

1010

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 55

• Considere-se que um navio que se encontra encalhado num determinado ponto K se inclinou a um pequeno ângulo .

• Pode verificar-se que a impulsão é uma força vertical com valor de onde R é a força de encalhe.

• Fazendo o equilíbrio de momentos em torno de G para determinar o momento endireitante que actua no navio:

sin..).( KGRGZRM e

sin..sin.).( KGRGMRM e

R

1111

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 66

sin)..(R

KGRGMGZ

• Conclui-se que:

• O efeito da força de encalhe é equivalente a uma subida virtual do centro de gravidade.

• Essa subida é por sua vez equivalente a um desembarque de um peso de magnitude R localizado na quilha.

• O termo entre parêntesis pode assim ser encarado como sendouma altura metacêntrica virtual.

• Assim, o braço endireitante é dado por:

1212

EncalheEncalhe nana Vertical do Centro de Vertical do Centro de FlutuaFlutuaççãoão -- 77

• Também a posição vertical do metacentro transversal passa do ponto M1 para o ponto M2.

• Isto deve-se a que a altura do centro de carena se altera por virtude da passagem da linha de água L1A1 para a linha de água L2A2.

• Deve-se também a que o raio metacêntrico se altera na passagem da linha de água L1A1 para a linha de água L2A2.

• A altura metacêntrica transversal do navio, na linha de água L2A2 éentão dada por:

RKG

KMR

KGRKGKMKGKMGM

1

112

1

112222

..

1313

EncalheEncalhe num Ponto num Ponto QualquerQualquer do Fundo do do Fundo do NavioNavio -- 11

• Suponhamos agora que um navio encalhou no fundo a uma distância transversal dt da quilha (plano de mediania) e a uma distância longitudinal df do centro de flutuação.

• Após algum tempo, o nível da maré desceu uma quantidade c.

• Pretende-se calcular os calados finais após a descida da maré bem como a reacção no fundo.

• Usar-se-á, para resolver o problema o seguinte artifício:

• Encalha-se o navio na vertical do centro de flutuação.

• Translacciona-se o ponto de encalhe longitudinalmente até ao verdadeiro ponto de encalhe.

• Translacciona-se o ponto de encalhe transversalmente, para o ponto de encalhe real.

1414

EncalheEncalhe num Ponto num Ponto QualquerQualquer do Fundo do do Fundo do NavioNavio -- 22• Os efeitos do encalhe num ponto qualquer do fundo são os mesmos

que a desembarque de um peso igual à reacção R no ponto de encalhe.

• Assim, a dita reacção R tem o efeito de provocar uma diminuição uniforme da imersão e uma variação do caimento.

• A diminuição uniforme da imersão corresponde à passagem da linha de água L1A1 para a linha de água L2A2.

• A variação de caimento corresponde à passagem da linha de água L2A2 para a linha de água L3A3.

• Podemos também expressar essa variação de calado no ponto de encalhe como: c c s d

dLf i

f

pp .

pp

f

u

f

uif L

dM

dRDRcc .

.

1515

EncalheEncalhe num Ponto num Ponto QualquerQualquer do Fundo do do Fundo do NavioNavio -- 33

onde c é a descida da maré.

• Logo, sabendo quanto é a descida da maré, conseguimos saber o valor da reacção R.

• Os calados do navio, após a variação do nível da maré, à qual estáassociada a reacção no fundo R, são:

pp

fpp

u

f

uARiARf

pp

fpp

u

f

uAViAVf

L

XL

MdR

DRcc

L

XL

MdR

DRcc

2.

.

2.

.

pp

f

u

f

u Ld

MdR

DRc .

.

• Por outro lado, a variação do calado no ponto de encalhe éexactamente igual à descida da maré nesse ponto:

1616

EncalheEncalhe num Ponto num Ponto QualquerQualquer do Fundo do do Fundo do NavioNavio -- 44

• O facto de a reacção R estar aplicada a uma distância dt do plano de mediania resulta também num adornamento.

• Pensando a reacção R como um desembarque de um peso àdistância dt da mediania, a coordenada transversal do centro de gravidade passa a ser:

RdR

y tG

1

.

• O adornamento é dado por:

313 ).(.tan

GMRdR

GMy tG

onde a altura metacêntrica é dada por:

RKG

KMGM

1

1133

.

1717

DesencalheDesencalhe -- 11•• Quando um navio encalha num determinado Quando um navio encalha num determinado

ponto do seu fundo, haverponto do seu fundo, haveráá que tomar que tomar medidas para libertmedidas para libertáá--lo pois o navio fica sujeito lo pois o navio fica sujeito àà acacçção de vagas, o que rapidamente conduz ão de vagas, o que rapidamente conduz a:a:

•• Abertura de rombos, sobretudo no fundo, Abertura de rombos, sobretudo no fundo, devido ao carregamento local da devido ao carregamento local da estrutura do navio.estrutura do navio.

•• PoluiPoluiçção marinha devido ão marinha devido àà libertalibertaçção de ão de combustcombustíível, vel, óóleo lubrificante ou cargas leo lubrificante ou cargas llííquidas.quidas.

•• DeterioraDeterioraçção global da estrutura do navio, ão global da estrutura do navio, entendido como vigaentendido como viga--navio, podendo navio, podendo levleváá--lo a partirlo a partir--se. se.

•• Geralmente, optaGeralmente, opta--se por aguardar uma subida se por aguardar uma subida da marda maréé e recorrer então ao auxe recorrer então ao auxíílio de lio de rebocadores.rebocadores.

1818

DesencalheDesencalhe -- 22• Alternativamente, poderá proceder-se às seguintes operações:

• Desembarcar um peso igual à reacção R da vertical do ponto de encalhe, anulando assim a reacção no fundo do navio, que passa a flutuar livremente.

• Designando FR o vector horizontal desde o centro de flutuação até àabcissa do ponto de encalhe, pode-se desembarcar um peso maior do que a reacção R para lá de FR, ou um peso menor no sentido oposto, ou ambos.

• Movimentar um peso P de um determinado ponto do navio para outro de modo a causar uma variação de calado no ponto de encalhe que seja igual e de sinal contrário, à variação de calado devida ao encalhe.

1919

DesencalheDesencalhe mal mal sucedidosucedido

2020

DocagemDocagem

• Docagem é uma operação periódica, àsvezes forçada devido a acidente, em que o navio é introduzido numa doca-seca que éposteriormente esgotada.

• O navio pode também ser alado para um plano inclinado.

• A docagem do navio é uma operação que tem de ser realizada durante a vida operacional do navio.

• Destina-se a efectuar reparações e vistoria nas obras vivas do navio, as quais não podem ser efectuadas a nado.

2121

DocagemDocagem

2222

DocagemDocagem

2323

MotivaMotivaççãoão dada docagemdocagem• A docagem pode efectuar-se quando:

• Seja necessário efectuar as inspecções associadas à renovação dos certificados de classificação.

• Seja necessário remover o fouling das obras vivas e proceder àposterior pintura do casco.

• Seja necessário efectuar reparações nos apêndices, no leme, no hélice ou na estrutura do casco, especialmente na sequência de acidentes.

2424

CuidadosCuidados nana DocagemDocagem• Alguns cuidados a observar antes da docagem:

• Fazer um plano de docagem com as posições dos picadeiros, de modo a deixar desobstruídos os pontos não pintados na última docagem, tomadas de água, apêndices e zonas a reparar.

• O navio deve estar direito, sem adornamento e com o menor caimento possível, de preferência menos de 1% de Lpp.

• Todos os apêndices retrácteis devem ser retraídos.

• Deve determinar-se o deslocamento e posição do centro de gravidade do navio.

• Deve inspeccionar-se a condição de todos os tanques (sondagens).

• Os espelhos líquidos devem ser minimizados (tanques totalmente cheios ou vazios).

2525

Plano de Plano de picadeirospicadeiros• Considere-se que os picadeiros se encontram na horizontal.

• Aquilo que anteriormente foi estudado a propósito do encalhe tem também aplicação no caso da docagem.

• Frequentemente a porção da quilha que assenta primeiro nos picadeiros (ponto de encalhe) é na zona do cadaste, uma vez que os navios têm frequentemente algum caimento a ré quando entram em doca.

• Por isso o plano de picadeiros pode ter alguma inclinação para facilitar a docagem de navios com caimento a ré.

2626

AssentamentoAssentamento dada quilhaquilha• À medida que desce o nível da água na doca, a quilha do navio entra

em contacto com os picadeiros.

• Normalmente, a zona do cadaste é a primeira a tocar nos picadeiros.

• O peso suportado pelos picadeiros é, em qualquer altura da docagem, a diferença entre a impulsão no momento em causa e o deslocamento do navio.

• À medida que a água baixa, o declive da quilha aproxima-se do declive do plano de picadeiros.

2727

FaseFase crcrííticatica dada docagemdocagem

• A situação crítica atinge-se quando a força de encalhe for máxima, pois essa situação corresponde à máxima subida virtual do centro de gravidade.

• Essa situação ocorre:

• imediatamente antes de a quilha do navio assentar por inteiro no plano de picadeiros

• Imediatamente antes de se terem colocado os picadeiros de suporte do costado ou encolamento.

• Por isso se chama a este estágio a fase crítica da docagem.

2828

EstabilidadeEstabilidade• Tal como no caso do encalhe, a força exercida pelos picadeiros no

navio tem o mesmo efeito prático que um desembarque de um peso equivalente na posição onde essa força actua.

• O efeito do desembarque de um peso significativo numa zona no fundo do navio é uma subida do centro de gravidade do navio.

• Resulta daí uma diminuição da altura metacêntrica do navio.

• Se o navio a nado tiver uma pequena altura metacêntrica, no decurso da docagem poderá tornar-se instável na posição direita.

2929

Eventual Eventual instabilidadeinstabilidade• A eventual instabilidade ocorre entre o assentamento do cadaste e

antes da colocação dos picadeiros do encolamento.

• Nessa situação, para evitar um adornamento do navio motivado pela altura metacêntrica negativa, é desejável fazer docar o navio com o caimento idêntico ao declive do plano de picadeiros.

• Deste modo, o navio irá assentar a quilha por inteiro sobre os picadeiros, permitindo que os picadeiros do encolamento e as escoras para os lados da doca possam ser colocados em posição antes que a reacção no fundo seja muito elevada e portanto, antes de ter ocorrido uma perda apreciável no GM.

3030

CCáálculoslculos de de docagemdocagem

• Assim que haja contacto com os picadeiros, parte do peso ésuportado pelos picadeiros e outra parte pela impulsão.

• À parte suportada pelos picadeiros chamaremos P, que como visto pode ser tratada como um desembarque de peso no ponto de contacto.

• Esse desembarque faz subir o centro de gravidade de:

PPKGGG

1

ou seja, a altura metacêntrica do navio nessa posição é (verifique):

PKGKMMG

111

3131

PrimeiraPrimeira avaliaavaliaççãoão dada forforççaa de de contactocontacto• Se o navio tiver caimento d a ré, em relação ao plano dos

picadeiros (que pode nem ser horizontal), a fase crítica da docagem ocorre precisamente quando o navio rodou longitudinalmente para vante um ângulo correspondente a esse caimento.

• Esta variação do caimento resulta do momento da reacção de contacto P.

• O valor de P será então dado por:

onde XP é o ponto de aplicação da força P.

• Mas XF não é necessáriamente constante para toda a longa gama de calados percorrida durante a docagem...

FP

u

XXMdP

3232

InterpolaInterpolaççãoão dada forforççaa de de contactocontacto

Um outro método mais exacto para calcular P consite na sua interpolação gráfica:

1. Calcula-se o deslocamento e a posição do centro de gravidade do navio a nado. Recorre-se ao conhecimento dos calados do navio. Se o navio possuir caimento significativo a ré seránecessário utilizar um gráfico de carenas direitas com o correspondente caimento a ré.

2. Calcula-se o momento do peso do navio em torno do ponto de contacto inicial, mas na fase crítica da docagem. Este momento é o produto entre o deslocamento e a distância horizontal desde o ponto de contacto inicial até à vertical do centro de gravidade.

3333

GrGrááficofico de de docagemdocagem3. Consideram-se várias linhas de água paralelas, todas elas

inclinadas em relação à quilha com o ângulo de inclinação dos picadeiros, representando deslocamentos menores que o deslocamento inicial. Pretende-se que duas delas compreendam entre si a linha de água crítica da docagem.

4. Para cada flutuação considerada, calcula-se a impulsão e o seu momento em torno do ponto de contacto inicial.

5. Num gráfico de forças representam-se em abcissas os sucessivos calados do navio para as várias linhas de água consideradas e uma curva com as impulsões em ordenadas. Representa-se o peso do navio como uma linha horizontal.

6. Num gráfico com as mesmas linhas de água em abcissa, representa-se uma outra curva com os momentos da impulsão em ordenadas.

3434

GrGrááficofico de de docagemdocagem9. No gráfico dos momentos, representa-se o

momento do peso como uma linha horizontal de cota D.(XG-XP), em XG e XPse medem horizontalmente.

10. A intersecção das duas linhas de momentos define o calado crítico.

11. No calado crítico é clara a magnitude da força de apoio no cadaste, P, no instante em que toda a quilha assenta no plano dos picadeiros: é a diferença entre a impulsão e o deslocamento.

12. Poderá então ser calculada a alturametacêntrica na fase crítica da docagem e esclarecida a condição de estabilidade.