N-2683 DEZ / 2000

PROPRIEDADE DA PETROBRAS 11 páginas

ESTRUTURAS OCEÂNICAS - OLHAL DE

IÇAMENTO - DIMENSIONAMENTO

Procedimento

Cabe à CONTEC -Subcomissão Autora, a orientação quanto à interpretação do

texto desta Norma. O Órgão da PETROBRAS usuário desta Norma é o

responsável pela adoção e aplicação dos seus itens.CONTECComissão de Normas

Técnicas Requisito Técnico: Prescrição estabelecida como a mais adequada e que

deve ser utilizada estritamente em conformidade com esta Norma. Uma

eventual resolução de não seguí-la (“não-conformidade” com esta Norma) deve

ter fundamentos técnico-gerenciais e deve ser aprovada e registrada pelo

Órgão da PETROBRAS usuário desta Norma. É caracterizada pelos verbos:

“dever”, “ser”, “exigir”, “determinar” e outros verbos de caráter impositivo.

Prática Recomendada: Prescrição que pode ser utilizada nas condições

previstas por esta Norma, mas que admite (e adverte sobre) a possibilidade de

alternativa (não escrita nesta Norma) mais adequada à aplicação específica. A

alternativa adotada deve ser aprovada e registrada pelo Órgão da

PETROBRAS usuário desta Norma. É caracterizada pelos verbos:

“recomendar”, “poder”, “sugerir” e “aconselhar” (verbos de caráter

não-impositivo). É indicada pela expressão: [Prática Recomendada].

Cópias dos registros das “não-conformidades” com esta Norma, que possam

contribuir para o seu aprimoramento, devem ser enviadas para a

CONTEC - Subcomissão Autora.

As propostas para revisão desta Norma devem ser enviadas à CONTEC -

Subcomissão Autora, indicando a sua identificação alfanumérica e revisão, o

item a ser revisado, a proposta de redação e a justificativa técnico-econômica.

As propostas são apreciadas durante os trabalhos para alteração desta Norma.

SC - 05

Instalações e Operações

Marítimas

“A presente Norma é titularidade exclusiva da PETRÓLEO BRASILEIRO

S.A. - PETROBRAS, de uso interno na Companhia, e qualquer reprodução

para utilização ou divulgação externa, sem a prévia e expressa autorização

da titular, importa em ato ilícito nos termos da legislação pertinente,

através da qual serão imputadas as responsabilidades cabíveis. A

circulação externa será regulada mediante cláusula própria de Sigilo e

Confidencialidade, nos termos do direito intelectual e propriedade

industrial.”

Apresentação

As normas técnicas PETROBRAS são elaboradas por Grupos de Trabalho

- GTs (formados por especialistas da Companhia e das suas Subsidiárias), são comentadas pelos

Representantes Locais (representantes das Unidades Industriais, Empreendimentos de Engenharia,

Divisões Técnicas e Subsidiárias), são aprovadas pelas Subcomissões Autoras - SCs (formadas por

técnicos de uma mesma especialidade, representando os Órgãos da Companhia e as Subsidiárias) e

aprovadas pelo Plenário da CONTEC (formado pelos representantes das Superintendências dos

Órgãos da Companhia e das suas Subsidiárias, usuários das normas). Uma norma técnica

PETROBRAS está sujeita a revisão em qualquer tempo pela sua Subcomissão Autora e deve ser

reanalisada a cada 5 anos para ser revalidada, revisada ou cancelada. As normas técnicas

PETROBRAS são elaboradas em conformidade com a norma PETROBRAS N - 1 . Para informações

completas sobre as normas técnicas PETROBRAS, ver Catálogo de Normas Técnicas PETROBRAS.

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1 OBJETIVO

1.1 Esta Norma estabelece um procedimento para o dimensionamento de olhal fabricado de

chapa de aço a ser usado para içamento e sustentação de estruturas de aço e

equipamentos.

1.2 Esta Norma estabelece os requisitos mínimos a serem atendidos, não isentando o

projetista de garantir e efetuar outras verificações que sejam necessárias em cada caso,

visando garantir a boa prática de engenharia e a segurança.

1.3 Esta Norma se aplica a procedimentos efetuados a partir da data de sua edição.

1.4 Esta Norma contém Requisitos Técnicos e Prática Recomendada.

2 DOCUMENTOS COMPLEMENTARES

Os documentos relacionados a seguir são citados no texto e contêm prescrições válidas

para a presente Norma.

PETROBRAS N-1892 - Estruturas Oceânicas - Içamento;

ABNT NBR 13545 - Manilhas Forjadas para Movimentação de Carga -

Manilhas Retas e Manilhas Curvas;

AISC ASD/89 - Manual of Steel Construction - American Intitute of

Steel Construction - 9th Edition.

3 DEFINIÇÕES

Para os propósitos desta Norma são adotadas as definições indicadas nos itens 3.1 a 3.3.

3.1 Manilha

Acessório para movimentação ou fixação de carga, formado por duas partes facilmente

desmontáveis, consistindo de corpo e pino.

3.2 Olhal

Chapa plana com furo para introdução do pino, fixada em uma estrutura com a finalidade de

transferir a carga de um cabo, tirante ou aparelho.

3.3 Pino

Barra reta de seção circular que passa através dos olhais.

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4 CONDIÇÕES GERAIS

4.1 Direção da Força

O olhal de içamento deve ser projetado de maneira a minimizar o surgimento de cargas fora

do plano da chapa do olhal e da manilha. Configurações que levem à falha com desvios

moderados da força da lingada devem ser evitadas.

4.2 Seleção da Manilha

4.2.1 É recomendável a utilização de manilhas conforme ABNT NBR 13545. [Prática

Recomendada]

4.2.2 A manilha deve ser selecionada para uma carga de trabalho igual ou maior do que a

força de tração na linga.

4.2.3 O encaixe da manilha no olhal deve ocorrer sem interferências, inclusive deve ser

verificado se há espaço para a inserção do cabo de içamento entre a manilha e o olhal.

4.3 Anéis de Reforço

4.3.1 Os anéis de reforço, quando necessário, devem ser aplicados aos pares, em ambas

as faces do olhal, conforme indicado na FIGURA 1.

A

d

R

A

CORTE A-A

T

R

furo

d anel

furodaneld

anelt t olhal t anel

FIGURA 1 - OLHAL COM ANÉIS DE REFORÇO

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4.3.2 Os anéis de reforço podem ser soldados à chapa principal do olhal. A solda abaixo da

metade inferior do anel (semicircunferência) deve ser suficiente para transmitir toda a força

que atua no anel de reforço para chapa principal do olhal. É recomendado que a espessura

do anel seja menor ou igual à espessura da chapa principal para evitar excesso de solda. O

diâmetro interno dos anéis de reforço deve ser igual ao diâmetro do furo. Após a soldagem

dos anéis, o furo deve ser usinado para garantir a distribuição uniforme da carga entre a

chapa principal e os anéis de reforço. Também podem ser usadas chapas de reforço

perpendiculares à chapa principal do olhal. Os filetes de solda dos anéis de reforço devem

respeitar o lado mínimo do filete segundo a TABELA 1.

TABELA 1 - FILETE DE SOLDA MÍNIMO PARA ANEL DE REFORÇO

Espessura da Chapa Mais Grossa

do FileteLado Mínimo do Filete de Solda

até 6,4 mm 3 mm

acima de 6,4 mm até 12,5 mm, inclusive 5 mm

acima de12,5 mm até 19,0 mm, inclusive 6 mm

acima de 19,0 mm 8 mm

4.4 Material

As chapas do olhal e dos anéis de reforço devem ser de aço igual ou equivalente ao usado

na estrutura a ser içada.

4.5 Instalação do Olhal

O olhal deve transferir as cargas nas conexões preferencialmente por cisalhamento do que

por tração. Altas tensões de tração na direção da espessura do material devem ser evitadas

e se não for possível devem ser empregados materiais cujas propriedades na direção da

espessura sejam garantidas através de ensaio TTT (“Tension Through Thickness”).

5 DIMENSIONAMENTO

5.1 O dimensionamento desta Norma considera como áreas efetivas para cálculo apenas

as partes hachuradas na FIGURA 2, independentemente do formato e das condições de

apoio da base do olhal.

FIGURA 2 - ÁREAS EFETIVAS PARA CÁLCULO

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5.2 O dimensionamento do olhal de içamento deve obedecer as seguintes condições:

a) a força na linga para dimensionamento dos olhais deve ser calculada conforme

o item 4.4.5 da norma PETROBRAS N-1892 ;

b) a reação no olhal deve ser multiplicada pelo fator 1,30 que leva em

consideração a imprecisão da carga, os efeitos dinâmicos locais e possíveis

conseqüências de falha em olhais de içamento;

c) multiplicar também, por um fator de contigência de peso de no mínimo 1,10,

caso não esteja incluído no cálculo da reação no olhal;

d) a força no pino para dimensionamento do olhal deve ser calculada pela

equação a seguir:

F pino = 1,1 x 1,3 x F

Onde:

F = força (reação) no olhal.

5.3 O olhal deve ser dimensionado conforme os critérios estabelecidos neste item.

5.3.1 Raio: 1,3 · d pino ≥ R ≥ 1,17 · dpino

Onde:

d pino = diâmetro do pino da manilha.

5.3.2 Diâmetro do furo: d furo = d pino + f

Onde:

d pino = diâmetro do pino da manilha;

f = 1 mm para d pino ≤ 33 mm;

f = 0,03 × dpino ou 5 mm, o que for menor, para d pino > 33 mm.

5.3.3 Espessura total do olhal: pinoy

pino

dF9,0

FT

⋅⋅=

Onde:

F y = tensão de escoamento do material do olhal;

d pino = diâmetro do pino da manilha;

F pino = força atuante no pino da manilha da lingada de içamento.

Nota: A espessura T deve ser menor do que a abertura da manilha; caso o cálculo

indique um valor superior, deve ser escolhida uma chapa de aço com maior

tensão de escoamento ou selecionada uma manilha de maior tamanho.

5.3.4 O diâmetro interno do anel de reforço deve ser igual ao diâmetro do furo. O diâmetro

externo do anel de reforço deve ser:

d anel = 2(R - n X t anel )

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Onde:

R = raio externo do olhal;

tanel = espessura dos anéis de reforço;

n = fator para permitir a execução do filete de solda entre o anel de reforço e a

chapa principal do olhal a ser escolhido a critério do projetista

entre 1 e 1,5.

5.4 Verificações

Uma vez concluídos os cálculos do item 5.3, as verificações deste item devem ser

realizadas, sendo que todas as condições devem ser atendidas. Caso contrário, os cálculos

devem ser refeitos, alterando-se, a critério do projetista, a espessura da chapa, o diâmetro

do pino ou o material (tensão do escoamento).

5.4.1 Contato entre pino e o furo:

)t2(td

F

anelolhalpino

pino

⋅+⋅ ≤ 0,90 F

y

5.4.2 Cisalhamento na área efetiva:

y

anelfuroanelolhalfuro

pinoF40,0

]t2)rr(t)rR[(2

F≤

⋅−+⋅−⋅

5.4.3 Tração na área líquida efetiva:

y

anel2olhal1

pinoF45,0

tb4tb2

F≤

⋅⋅+⋅⋅

5.4.4 Escoamento da seção bruta:

olhal3

pino

tb

F

⋅ ≤ 0,60 F

y

5.4.5 Arrancamento conjunto do anel de reforço e da chapa principal do olhal:

yolhal

2

anel

2

yolhalranelpino F4,0trR2F6,0trF ⋅⋅⋅−⋅+⋅⋅⋅⋅π≤ , e

F pino ≤ [π ⋅ r

anel + 2 (R - r anel )] ⋅ tolhal ⋅ 0,6 ⋅ Fy

5.4.6 Garganta da solda do anel de reforço:

wranel

ranel

soldaFr

Fg

⋅⋅π≥

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Onde:

anelolhal

anel

pinoanelt2t

tFF

⋅+⋅= ;

F w = 0,30 F wn do eletrodo ou 0,40 ⋅ Fy ⋅ 2 , o que for menor.

5.4.7 Lado mínimo do filete da solda do anel de reforço:

a solda = 2 ⋅ gsolda ≥ a

mín

5.4.8 Para a aplicação das equações indicadas nos itens 5.4.1 a 5.4.7, temos o seguinte:

d pino = diâmetro do pino da manilha;

d furo = diâmetro do furo do olhal;

r furo = raio do furo do olhal;

r anel = raio do anel de reforço;

tolhal = espessura da chapa principal do olhal;

tanel = espessura do anel de reforço;

g solda = garganta do filete da solda do anel de reforço;

a solda = lado do filete da solda do anel de reforço;

a mín = lado mínimo do filete de solda;

F y = tensão de escoamento do aço;

F wu = tensão de rutura do eletrodo, sendo igual a 415 MPa para eletrodo E60xx

e 485 MPa para eletrodo E70xx;

T = espessura total do olhal igual a t olhal + 2 ⋅ tanel ;

b 1 = menor valor entre [(4 ⋅ T); (0,8 ⋅ dfuro ); (distância real da borda do furo para

a borda externa do olhal)];

b 2 = menor valor entre [(r anel - r furo ); (b 1 )];

b 3 = menor valor entre [(2R); (2b 1 + 2d furo )], sem anel de reforço;

b 3 = menor valor entre [(2R); (2b 1 + d furo + d anel )], com anel de reforço;π = 3,1416.

5.4.9 Para a verificação da ligação do olhal com a estrutura a ser içada, deve ser

adicionado 5 % da força do pino (F pino ) no componente horizontal perpendicular ao plano do

olhal, no centro do furo.

5.4.10 Deve ser verificada a ligação do olhal com a estrutura para combinação de força

axial, flexão no plano e fora do plano da chapa do olhal, e para cisalhamento segundo o

AISC.

5.4.11 Um exemplo de dimensionamento de olhal com anéis de reforço está indicado no

ANEXO A.

_____________

/ANEXO A

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ANEXO A - EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE OLHAL DE IÇAMENTO

A-1 Dimensionamento de olhal de içamento para elevar um equipamento pesando

40 toneladas (já incluído o peso da linga), içado por 4 cabos de aço, no mar, com as demais

condições:

a) f dc = 1,25 (fator de desvio de carga);

b) f cp = 1,10 (fator de contingência de peso);

c) FAD = 1,30 (fator de amplificação dinâmica para içamento no mar);

d) θ = 60° (ângulo da linga com a horizontal);

e) h = 115 mm (distância do centro do furo até a base de apoio do olhal).

400

R 100

Ø65

F

Ø125

25115

60°

NOTA: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.

FIGURA A-1 - EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO

A-2 Cálculos

A-2.1 F linga = 1,10 × 1,25 × 1,30 × 4

40 ×

°60 sen

1 = 20,640 t;

A-2.2 Carga para dimensionar o olhal: F pino = 1,30 × Flinga = 26,832 t = 263 141 N;

A-2.3 F y = 250 MPa.

A-2.4 F wn = 60 ksi = 420 MPa (Eletrodo 6018).

A-2.5 R = 125 mm (raio do olhal).

A-2.6 r anel = 100 mm.

A-2.7 d pino = 63 mm.

A-2.8 f = 0,03 × dpino = 1,89 mm, adotado f = 2 mm.

A-2.9 d furo = 63 + 2 = 65 mm.

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A-2.10 base = 400 mm.

A-2.11 r furo = 65/2 = 32,5 mm.

A-2.12 t olhal = 16 mm.

A-2.13 t anel = 8 mm.

A-2.14 T = 16 + (2 × 8) = 32 mm.

A-2.15 (4 ⋅T) = 4 × 32 = 128 mm.

A-2.16 (0,8 ⋅ dfuro ) = 0,8 × 65 = 52 mm.

A-2.17 (R - r furo ) = 125 – 32,5 = 92,5 mm.

A-2.18 (r anel - r furo ) = 100 – 32,5 = 67,5 mm.

A-2.19 Largura efetiva da chapa principal para resistência à tração no furo:

b 1 = mínimo [(4 ⋅ T); (0,8 ⋅ dpino ); (r olhal - r furo )] = 52 mm

A-2.20 Largura efetiva do anel para resistência à tração no furo:

b 2 =mínimo [(b 1 ); (r olhal - r furo )] = 52 mm

A-2.21 Largura da chapa principal para resistência à tração após o furo:

b 3 =mínimo [(2R); (2B 1 + d furo + d anel )] = 250 mm

A-3 Verificações

A-3.1 Contato do pino com o olhal:

fp =)8216(63

141263

⋅+⋅ = 130,5 MPa < Fp = 0,9 × 250 = 225 MPa

A-3.2 Cisalhamento da área em frente ao pino do olhal:

fv =]8)5,32100(216)5,32125[(2

141263

⋅−⋅+⋅−⋅= 51,4 MPa < 0,40 × 250 = 100 MPa

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A-3.3 Tração no olhal na região do furo:

faf =852416522

141263

⋅⋅+⋅⋅= 79,1 MPa < 0,45 ⋅ F

y = 112,5 MPa

A-3.4 Tração na chapa principal do olhal, logo após furo:

fac =16250

141263

⋅= 65,8 MPa < 0,6 ⋅ F

y = 150 MPa

A-3.5 Arrancamento conjunto do anel e da chapa principal do olhal:

N 982 993 2504,01610012522506,016100F 22pino

=⋅⋅⋅−⋅+⋅⋅⋅⋅π≤

F pino = 263 141 N < 993 982 N e

N 982 873 250 . 16 . 100 - 125 2 100 . Fpino=+π≤

F pino = 263 141 N < 873 982 N

A-3.6 Força em um anel de reforço:

anelF = 263 141 8216

8

⋅+ = 65 785 N

A-3.7 Tensão admissível para dimensionar o filete:

0,4 ⋅ F y ⋅ 2 = 141 MPa (no metal base)

0,3 ⋅ Fwu = 124,5 MPa (no eletrodo E6018)

F w = 124,5 MPa

A-3.8 Garganta da solda:

mm68,15,124100

78565g solda

=⋅⋅π

=

A-3.9 Lado do filete de solda:

a solda = 2 ⋅ gsolda = 2,37 mm, adotado a solda = 6 mm, que é o mínimo para chapa

de 16 mm de espessura

A-3.10 Verificação do olhal com a base de apoio:

Abase = 400 ⋅ 16 = 6 400 mm²