PROJETO DE OBRAS MARÍTIMAS EM AÇO: TECNOLOGIAS APLICADAS À CONSTRUÇÃO

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1 PROJETO DE OBRAS MARÍTIMAS EM AÇO: TECNOLOGIAS APLICADAS À CONSTRUÇÃO Yuri Ivan Maggi, Rubens Sabino, Leandro Sabino exe Engenharia LTDA Alameda Dr. Carlos de Carvalho, no. 602, cj. 32, Curitiba PR - Brasil RESUMO Obras marítimas, on-shore e off-shore, são geralmente construções de grande porte e complexas que exigem projetos com grande grau de detalhamento e a utilização de normalizações específicas. Neste caso, e devido à natureza e ao porte dessas construções, as verificações de projeto devem atender preliminarmente a aspectos construtivos, além de garantir a segurança estrutural aos estados limites aplicáveis. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar, na forma de estudos de caso, aspectos relativos a dois projetos de terminais portuários: o primeiro, na República de Djibouti Golfo de Tadjoura, instalado para o recebimento de derivados de petróleo, e o segundo na costa do Peru, este ainda em fase de construção, com principal atividade na exportação de gás natural e produtos químicos. Pretende-se, desta forma, discutir aspectos relevantes sobre o desenvolvimento do projeto, principalmente com relação às metodologias construtivas, além de se ressaltar os desafios específicos envolvidos na definição das estruturas e as soluções adotadas. Palavras-chave: obras marítimas, projeto, estruturas metálicas, estruturas mistas, tecnologias construtivas 1 INTRODUÇÃO O processo de concepção de uma estrutura civil, na grande maioria dos casos, é iniciado sem grandes preocupações relativas ao processo construtivo, visto que as técnicas construtivas, sejam para sistemas em aço, concreto ou em estruturas mistas, são bem conhecidas. Em termos práticos, em geral o processo construtivo é adaptado ao projeto da estrutura. Essa característica não se aplica a obras especiais, como as estruturas marítimas tratadas neste trabalho. Para o projeto de tais estruturas, especificamente, a definição e profundo conhecimento da metodologia construtiva têm papel fundamental na concepção estrutural, tornando-se até mesmo uma vantagem competitiva. 1 de 11

2 Esta última afirmação tem base no fato de que o projeto não pode se limitar somente à definição de uma estrutura segura e que garanta a utilização para a qual foi projetada. Primordialmente, deve garantir sua execução, respeitando as condições do local onde será implantada e, principalmente, os prazos de construção. Em termos de custo, significa também dizer que não é mais sempre válida a costumeira idéia de que a melhor estrutura sempre será a que gastar menos material, pois otimizações estruturais, neste caso, podem levar a aumentos significativos dos custos de construção, traduzidos em procedimentos mais complexos, aumento de equipamentos e excesso de construções provisórias, entre outros. Vale ressaltar que este aspecto representa um paradoxo no desenvolvimento de projetos, uma vez que estruturas mais leves são geralmente idealizadas como melhores. Com base nos aspectos supracitados, apresentam-se a seguir dois estudos de caso referentes a projetos de terminais portuários, sobre os quais se aplicam todos os comentários iniciais. Estes projetos serão utilizados, ao longo do texto, para se exemplificar a interface entre projeto e a metodologia construtiva. Adicionalmente, apresentam-se os detalhes relevantes sobre a concepção estrutural com base nos critérios exigidos de projeto. Na figura 1 apresenta-se uma visão geral da localização das obras aqui tratadas. A primeira, o Terminal Marítimo de Doraleh, é localizada na República de Djibouti, Golfo de Tadjoura, de propriedade da Emirates National Oil Company e utilizada para transporte de derivados de petróleo. A segunda, o Terminal de Melchorita, tem como principal utilização o transporte de gás natural. É de propriedade da PLNG Peru Liquefied Natural Gas e está localizada na costa do Peru. Figura 1 Localização dos terminais marítimos visão geral Os terminais são compostos de estruturas de acesso e berços de atracação 2 de 11

3 constituídos por fundações em estacas metálicas e superestrutura em aço ou concreto. Ambos os projetos tiveram como base a aplicação de uma metodologia construtiva idealizada por uma estrutura móvel para cravação das estacas metálicas e para a montagem da superestrutura. Esta metodologia executiva, usualmente conhecida como traveler construction method, emprega uma estrutura auxiliar que se move em diversas etapas sobre a fundação já concluída, contendo uma estrutura de suporte para equipamentos incluindo-se guindastes para manipulação dos elementos estruturais e guias para alinhamento das estacas metálicas. Esta estrutura é comumente denominada de cantitravel. Os projetos estruturais e metodologias construtivas foram desenvolvidos pela exe Engenharia LTDA, empresa localizada em Curitiba, Paraná. 2 TERMINAL MARÍTIMO DE DORALEH O projeto do terminal marítimo de Doraleh foi iniciado em 2004 como uma alternativa a um projeto conceitual apresentado pela Dubai Ports International DPI. Nesta alternativa, o projeto estrutural foi desenvolvido para possibilitar a utilização do sistema móvel comentado anteriormente, representando alta produtividade na execução. Este terminal é composto por uma via de acesso em aterro de 1.060m complementada por uma ponte de acesso em aço de 197,5m utilizada para o transporte de produtos de dois berços de atracação preparados para receber navios entre e DWTi. Na figura 2 indica-se, de forma esquemática, a disposição dos berços e a localização da ponte de acesso. Figura 2 Arranjo geral do Terminal de Doraleh Berços e ponte de acesso i DWT Deadweight tons: capacidade total de carga de um navio, em toneladas. 3 de 11

4 A disposição dos berços de atracação foi concebida com o objetivo de dar rigidez suficiente à estrutura para receber os carregamentos horizontais de atracação e amarração causados pela operação do terminal, além de cargas de impacto. O conjunto também é composto por dolfins de amarração, dispostos em cada lateral da estrutura dos berços. Em termos gerais, a definição das estruturas para este terminal foi realizada em função de carregamentos usuais de operação e de construção, provenientes de cargas permanentes (estrutura e equipamentos), cargas de tráfego e as cargas de amarração e atracação já comentadas anteriormente. Como característica adicional, vale ressaltar que tais estruturas são submetidas também a carregamentos provenientes da ação de ondas e correntes, bem como efeitos térmicos de variação de temperatura que tem efeitos significativos em função do sistema estrutural escolhido, com ligações idealmente rígidas. Vale ressaltar que a escolha do sistema estrutural para estes casos tem influência significativa dos esforços horizontais a que estão submetidas e, em geral, possuem restrições quanto aos deslocamentos horizontais, devido aos equipamentos que operam nas plataformas de carga. Assim, os critérios de projeto devem levar em consideração limites de utilização que, de forma usual, definem a estrutura, exceto em casos nos quais as condições de carregamento são incomuns. A exemplo, pode-se citar a existência de carregamentos sísmicos e de condições ambientais extremas, como ondas de altura significativa elevada (o que naturalmente eleva o nível das pontes e plataformas, aumentando sua deformabilidade) e ventos de grande velocidade. Estas condições, para a definição da estrutura, não foram extremas. No entanto, é importante citar que a região tem, historicamente, registros de ocorrência de terremotos com escala entre 4 e 6, uma vez que é localizada entre as placas tectônicas da África e da Península Arábica. Os carregamentos de terremoto são tratados por Normas Internacionais de diferentes maneiras e, em geral, traduzidos para a análise estrutural na forma de forças horizontais equivalentes ou em funções de espectro para análises dinâmicas. Este projeto, especificamente, adotou as provisões da ASCE-7 (1998) para a análise sísmica e a API RP2A (2000) para verificação das fundações. Com relação à metodologia construtiva, na figura 3 é possível observar o cantitravel posicionado no início da ponte de acesso metálica e na transposição para a plataforma de carga. No detalhe, pode-se observar a seção típica do trecho de acesso, com vãos de 12,5m de comprimento por 19,5m de largura. O processo de construção, com base no exposto, é realizado com o cantitravel sobre vigas longitudinais com trilhos. A plataforma móvel, inicialmente, é utilizada para realizar a cravação das estacas um vão à frente. Na sequência, são montadas as vigas transversais. Neste caso, são utilizados elementos de contraventamento temporários entre os vãos longitudinais para estabilizar a estrutura, possiblitando o 4 de 11

5 avanço do cantitravel para o próximo vão. O posicionamento das guias é realizado com estruturas treliçadas. Adicionalmente, pode-se observar o cantitravel na transição entre a ponte de acesso e a plataforma, com um detalhe da viga transversal da plataforma que receberá o deck de concreto armado. Na figura 44, para a mesma posição, é possível observar o conjunto viga+trilho sobre o qual desloca o conjunto. Na figura 4 o conjunto foi rotacionado para avançar sobre a plataforma Figura 3 Cantitravel em operação na ponte de acesso e início da plataforma Figura 4 Cantitravel na posição inicial plataforma 1 5 de 11

6 As seqüências completas de execução da fundação e da superestrutura podem ser visualizadas nos desenhos esquemáticos apresentados nas figuras 5 a 7 para a ponte de acesso. Figura 5 Sequência de construção Ponte de acesso Montagem da supestrutura em vãos posteriores após movimentação do cantitravel 6 de 11

7 Figura 6 Seqüência de construção Ponte de acesso Cravação de estacas metálicas para vão posterior Figura 7 Seqüência de construção Ponte de acesso Preparação da estaca, vigas transversais e contraventamento para movimentação do cantitravel 7 de 11

8 Para as plataformas 1 e 2, da mesma forma, apresentam-se as seqüências construtivas nas figuras 8 e 9. Figura 8 Seqüência de construção Plataformas 1 e 2 Cravação de estacas Figura 9 Seqüência de construção Plataformas 1 e 2 Montagem do deck 8 de 11

9 As seqüências construtivas indicadas nas figuras têm como objetivo ilustrar os procedimentos utilizados. Em termos de produtividade, tanto a ponte de acesso quanto as plataformas 1 e 2 foram executadas completamente em um período de 6 meses, demonstrando a eficiência da metodologia proposta. Como informação adicional, todos os componentes metálicos da superestrutura foram produzidos e montados no Brasil, criando-se módulos com ligações parafusadas. A estrutura foi enviada até Djibouti apenas para montagem. 3 TERMINAL MARÍTIMO DE MELCHORITA O projeto desta ponte de acesso, de aproximadamente 1.350m, foi iniciado em 2006, e faz parte de um complexo industrial para gás natural localizado na costa do Peru, nas proximidades da cidade de Cañete, a 150 km ao sul da capital Lima. Em termos construtivos, a adoção da estrutura móvel segue a mesma filosofia do apresentado anteriormente. No entanto, trata-se de um projeto estrutural diferenciado, principalmente pelas restrições impostas pela própria utilização da estrutura, ou seja, para o transporte de gás natural. Neste caso, pode-se indicar duas características que tornam a definição da estrutura um caso particular: primeiramente, o nível de elevação do deck, iniciando em aproximadamente +20m acima do nível da água o que leva a comprimentos consideráveis para as estacas metálicas da fundação e os critérios de projeto para efeitos sísmicos. Este último considera acelerações espectrais de, aproximadamente, 0,65g para o pico de aceleração no solo, o que corresponde a um sismo com período de retorno de 2750 anos, levando a estruturas muito robustas e, automaticamente, restringindo o sistema estrutural a pórticos e grelhas ligados rigidamente. A estrutura da ponte de acesso é composta totalmente de estacas metálicas que apóiam uma superestrutura metálica projetada para uma rodovia de concreto e para passagem de tubulações, com vãos longitudinais de 18m. Esta estrutura ainda está em fase de construção, com aproximadamente 60% da ponte de acesso completa. Na figura 10 pode-se visualizar uma planta chave do empreendimento, com indicações da posição atual de construção da ponte de acesso, juntamente com uma ilustração da estrutura já montada e das estruturas de montagem móveis. A estrutura lateral, também já iniciada, será utilizada preliminarmente para carregamento de rochas construção do quebra-mar e, mais tarde, como píer de rebocadores. 9 de 11

10 Figura 10 Visão geral da ponte de acesso Terminal de Melchorita Na figura 10 podem-se observar duas frentes de construção: o cantitravel da ponte de acesso, responsável pela avanço longitudinal da ponte, que tem uma estrutura composta pelo carro e treliças frontais e laterais, utilizadas para apoiar as guias de cravação; e o cantitravel lateral, de menor porte, utilizado para a montagem do braço lateral da ponte de acesso (RLOF). Na figura 11 pode-se visualizar a estrutura típica do cantitravel lateral, juntamente com algumas das estruturas da ponte de acesso. No detalhe, ainda é possível visualizar a primeira linha de estacas após a cravação durante a montagem da primeira viga transversal, observando-se ainda a guia de cravação. Nos detalhes, também se pode observar alguns dos componentes que permitem a movimentação da estrutura. 10 de 11

11 Figura 11 Estrutura do cantitravel lateral componentes e montagem da primeira linha de estacas com viga transversal É importante destacar que a produtividade deste sistema para o Terminal de Melchorita é elevada, com uma taxa média de 1 vão completo - montagem completa de fundação, superestrutura e lajes a cada 1,80 dias. 4 CONSIDERAÇÕES GERAIS Foram apresentadas, neste trabalho, metodologias construtivas utilizadas em duas obras portuárias para ressaltar a importância da inserção dos aspectos construtivos nas fases de projeto. Com isso, garante-se a concepção de estruturas que atendam, ao mesmo tempo, as exigências de sua utilização e as expectativas de prazos de construção, garantindo também o retorno esperado de seus proprietários. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASCE-7. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures API RP2A. Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms Working Stress Design UNCTAD s Handbook: Port Development de 11