Hidrostática de Navios

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1 Capítulo 5 Critérios de Estabilidade para o Navio Intacto

2 Critérios de Estabilidade - Geral Critérios de estabilidade são conjuntos de requisitos que permitem proporcionar níveis mínimos de estabilidade ao navio numa dada condição de carga ou sob o efeito de certas acções exteriores. Estes critérios dividem-se em dois tipos: critérios de estabilidade intacta, critérios de estabilidade em avaria. conforme se apliquem ao navio intacto ou em avaria, isto é, sem ou com alguns compartimentos estanques alagados. Os critérios de estabilidade são estabelecidos, sobretudo, pela Organização Marítima Internacional (International Maritime Organization-IMO), mas também pelas autoridades nacionais com intervenção no âmbito da segurança marítima.

3 Critérios de Estabilidade - Tipos Existem dois tipos fundamentais de critérios de estabilidade: critérios gerais, critérios específicos. Os critérios gerais comparam as características de estabilidade do navio com as de outros navios estatisticamente seguros que operem em condições semelhantes. Aplicam-se a diversos tipos de navios. Os critérios específicos especificam um limite a um determinado parâmetro, como por exemplo a altura metacêntrica (GM), baseados na análise da resposta do navio sob a influência de um determinado momento inclinante. Esse momento inclinante relaciona-se com uma actividade específica, aplicando-se pois a um determinado tipo de navio. Os critérios de estabilidade mais recentes são uma combinação da forma geral e da forma específica.

4 Critérios de Estabilidade Parâmetros mais comuns Os critérios de estabilidade consideram actualmente, em geral, certas características da curva dos braços de estabilidade, tais como: Braço máximo de estabilidade, Ângulo de estabilidade máxima, Ângulo de extinção de estabilidade, Área abaixo da curva até aos 30º, 40º, entre os 30º e os 40º (energia endireitante), Área total abaixo da curva dos braços de estabilidade (reserva de estabilidade). Os critérios de estabilidade consideram também, frequentemente, a altura metacêntrica do navio.

5 Critérios de Estabilidade Nota Histórica Critério de Denny, segundo o qual a altura metacêntrica deveria ser pelo menos de m e os braços de estabilidade também iguais a esse valor aos ângulos de 30º e 45º Critério de John Biles, aplicável a navios de carga e passageiros, que estipulava como parâmetro de avaliação a altura metacêntrica, num mínimo de 1 pé ( m) Critério de Rahola, que adopta na sua análise um método estatístico. A sua análise incidiu sobre 30 perdas de pequenos navios de pesca, no Báltico. Obteve valores mínimos para uma série de parâmetros tais: O ângulo a que ocorre o braço máximo de estabilidade. O ângulo de extinção de estabilidade. Os braços de estabilidade mínimos. A estabilidade dinâmica.

6 Critério de Estabilidade para Navios de Carga Os critérios de estabilidade actuais encontram-se na resolução A.749(18), Code on Intact Stability for all Types of Ships Covered by IMO Instruments. O critério recomendado para navios de carga é: A área abaixo da curva dos braços de estabilidade não deverá ser inferior a: a1) m.rad até aos 30º, a2) m.rad até aos 40º ou até ao ângulo de alagamento, se este for menor de 40º, a3) m.rad entre os 30º e os 40º, ou entre os 30º e o ângulo de alagamento, se este for menor de 40º. O braço de estabilidade deverá ser pelo menos igual a 0.20 m a um ângulo de inclinação igual ou superior a 30º. O braço máximo de estabilidade deverá ocorrer a um ângulo, de preferência, superior a 30º e nunca inferior a 25º. A altura metacêntrica inicial não deverá ser inferior a 0.15 m. O ângulo de alagamento é o ângulo ao qual ocorre a submersão do extremo inferior de aberturas que não possam ser fechadas por meio de dispositivos que garantam a estanquidade à água.

7 Critérios de Estabilidade para Navios de Passageiros - 1 O critério recomendado para embarcações de passageiros é semelhante ao anterior, acrescido do seguinte requisito: O ângulo de inclinação não deve exceder 10º quando a embarcação fica sujeita aos momentos resultantes de todas as pessoas a um bordo ou de quando se coloca o leme a um bordo, sendo o momento inclinante dado por: em que: M i 2 v = 0.02 L KG d 2 M i é o momento inclinante, em [ton.m]. v é a velocidade de serviço em [m/s]. L é o comprimento na flutuação em metros. é o deslocamento do navio em toneladas. KG é a altura do centro de gravidade acima da quilha, em metros. d é a imersão a meio-navio em metros.

8 Critérios de Estabilidade para Navios de Passageiros - 2 Para efeitos de cálculo do momento inclinante devido à presença de todas as pessoas a um bordo deverá ser tido em conta o seguinte: O peso a atribuir a cada passageiro deverá ser de 75 [kgf] e nunca menos de 60 [kgf]. No que se refere à bagagem, o seu peso e distribuição será definida pela Administração. A altura do centro de gravidade de cada passageiro deverá ser de: 0.8 [m] acima do pavimento, no caso dos passageiros que estão em pé, devendo-se considerar, quando for o caso, a flecha e o tosado [m] acima do assento, no caso de passageiros sentados. O momento inclinante é obtido considerando uma densidade de distribuição de 4 passageiros por metro quadrado.

9 Critérios de Estabilidade para Navios de Passageiros - 3 As condições de carga típicas a considerar são: Carregado à partida, com 100% de combustível, de aguada e de mantimentos, e o total dos passageiros com bagagem. Carregado à chegada, com 10% do combustível, de aguada e de mantimentos, e o total dos passageiros com bagagem. Sem carga, mas com 100% do combustível, de aguada e de mantimentos, e o total dos passageiros com bagagem. Sem carga, com 10% do combustível, de aguada e de mantimentos. Deverão ser efectuadas correcções à altura metacêntrica inicial e à curva dos braços de estabilidade devido aos espelhos líquidos. As Administrações deverão fazer aplicar recomendações e directivas tendo em conta a possibilidade de acumulação de gelo, a área de navegação, grandes áreas laterais expostas acima da linha de água. No caso da existência de estabilizadores, deverá ser verificado o cumprimento do critério, quando estão em funcionamento.

10 Critério de Mau Tempo A resolução A.562 (14) da IMO apresenta um critério suplementar ao critério geral contido na A.167 (ES IV) para navios de carga e passageiros das classes A e B, com comprimento superior a 24m, para que estes navios possam resistir às acções combinadas de ondas e rajadas de vento forte pelo través.tal como ilustrado na figura abaixo, a energia perturbadora (a) deverá ser inferior à energia estabilizadora (b).

11 Critérios de Estabilidade para Navios de Pescas A Assembleia da IMO adoptou requisitos de estabilidade intacta por meio da Convenção Internacional de Torremolinos, Esta convenção é aplicável a embarcações de pesca com comprimento igual ou superior a 24 [m]. São definidas como embarcações de pesca aquelas que são utilizadas na indústria extractiva da pesca para a captura de espécies ictiológicas, plantas marinhas ou outros recursos vivos do mar.

12 Critérios de Estabilidade para Navios de Pescas O critério de estabilidade intacta recomendado é o seguinte: A área abaixo da curva dos braços de estabilidade não deverá ser inferior a: [m.rad] até ao ângulo de inclinação de 30º [m.rad] até ao ângulo de inclinação de 40º ou até ao ângulo de alagamento, se este for menor de 40º [m.rad] entre o ângulo de 30º e o ângulo de 40º, ou entre o ângulo de 30º e o ângulo de alagamento, se este for menor de 40º. O braço de estabilidade deverá ser pelo menos igual a 0.20 [m] a um ângulo de inclinação igual ou superior a 30º. O braço máximo de estabilidade deverá ocorrer a um ângulo de preferência superior a 30º e nunca inferior a 25º. A altura metacêntrica inicial deverá ser igual ou superior a 0.35 [m] para as embarcações com um único pavimento. Nas embarcações com comprimento igual ou superior a 70 [m], a altura metacêntrica pode ser reduzida, mas em caso algum deve ser inferior a 0.15 [m].

13 Critérios de Estabilidade para Navios de Pescas Para efeitos de cálculo devem ser consideradas as seguintes condições típicas de carga: Partida para o pesqueiro com dotação completa de combustível, mantimentos, gelo, aparelhos de pesca, etc. Partida do pesqueiro com carga máxima de pescado, em geral, atribui-se 40% aos consumíveis. Chegada ao porto de origem com carga máxima de pescado e 10% de mantimentos, combustível, etc. Chegada ao porto de origem com 20% da carga máxima de pescado e 10% de mantimentos, combustível, etc. Durante as operações de pesca, o ângulo de adornamento ao qual se pode começar a verificar-se alagamento progressivo dos porões de peixe e que não possam ser fechados rapidamente, não deve ser superior a 20º. Nos cálculos de estabilidade deverá ser tomada em conta a acumulação de gelo, as áreas de navegação (por forma a resistirem a vento violento, rajadas e balanço forte), água embarcada no convés.

14 Critérios de Estabilidade para Navios de Apoio Oceânico O aparecimento de plataformas oceânicas de prospecção e exploração petrolífera levou ao aparecimento de embarcações especializadas. Estas efectuam o transporte de mantimentos, materiais e equipamentos para estas estruturas marítimas, bem como reparação e manutenção. Estas embarcações apresentam normalmente uma superstrutura com alojamentos e a ponte de navegação a vante e um vasto convés aberto para transporte de carga a ré desta. A Assembleia da IMO adoptou a Resolução A.469 (XII) Guia para o Projecto e Construção de Embarcações de Apoio Oceânico. Esta contém um critério de estabilidade para embarcações com comprimento igual ou superior a 24 [m] e menor que 100 [m].

15 Critérios de Estabilidade para Navios de Apoio Oceânico Esta resolução apresenta um critério alternativo ao contido na A.167 (ES IV) pois dadas as características especiais destes navios. De facto, as curvas de estabilidade típicas destes navios exibem elevadas alturas metacêntricas e baixos domínios de estabilidade e braços máximos de estabilidade. Esse critério alternativo é assim uma forma de garantir valores mínimos de estabilidade sem pôr em causa as características operacionais deste tipo de embarcação.

16 Critérios de Estabilidade para Navios de Apoio Oceânico A resolução A.469 (XII) recomenda o seguinte critério: Quando o braço máximo de estabilidade ocorre: A um ângulo de inclinação de 15º, a área abaixo da curva dos braços de estabilidade não deverá ser inferior a 0.07 [m.rad] até aos 15º. Até um ângulo de inclinação igual ou superior a 30º, a área abaixo da curva dos braços de estabilidade não deverá ser inferior a [m.rad] até 30º. Até um ângulo de inclinação compreendido entre 15º e 30º a área abaixo da curva dos braços de estabilidade não deverá ser inferior à obtida pela expressão: (30º φ ) [m.rad] 0 max A área abaixo da curva dos braços de estabilidade entre os 30º e os 40º, ou entre 30º e o ângulo de alagamento (θ a ) se este ângulo for inferior a 40º, não deverá ser inferior a 0.03 [m.rad]. O braço de estabilidade deverá ser pelo menos igual ou superior a 0.20 [m] a um ângulo maior ou igual a 30º. O braço máximo de estabilidade não deverá ocorrer a um ângulo de inclinação inferior a 15º. A altura metacêntrica inicial (GM) não deverá ser inferior a 0.15 [m].

17 Critérios de Estabilidade para Navios de Apoio Oceânico A verificação do cumprimento destas disposições deverá ser feito para as seguintes condições de carga: Carregado à partida, na condição de carga mais desfavorável, com 100% de combustível, de aguada e de mantimentos. Carregado à chegada, na condição de carga mais desfavorável, com 10% do combustível, de aguada e de mantimentos. Lastro à partida, sem carga, mas com 100% do combustível, de aguada e de mantimentos. Lastro à chegada, sem carga, mas com 10% do combustível, de aguada e de mantimentos. Navio na pior condição operacional prevista. A Administração deverá ainda ter em conta a possibilidade de acumulação de gelo, a área de navegação e grandes áreas expostas acima da linha de água e aplicar as recomendações correspondentes.

18 Critérios de Estabilidade para Rebocadores - 1 Rebocadores são embarcações destinadas a efectuar a propulsão de outras através de cabos e outros meios não permanentes. Existem rebocadores especialmente destinados ao salvamento de navios em perigo e/ou respectivas tripulações, que são designados salvadegos. De um modo geral os rebocadores são caracterizados por possuírem boa manobrabilidade e grande razão Potência/Deslocamento. Quando os rebocadores se encontram em operacão, podem gerar-se momentos inclinantes muito elevados devido à acção do binário impulso do hélice/força de tracção no cabo de reboque e à saída súbita do reboque da linha de rumo. Para prevenir esta situação é costume utilizar-se dispositivos que favoreçam o rápido desengate do cabo de reboque em caso de emergência.

19 Critérios de Estabilidade para Rebocadores - 2 Efeito de um cabo deixado preso no rebocador, causando o reboque deste por um navio de cruzeiros.

20 Critérios de Estabilidade para Rebocadores - 3 Um exemplo de um critério específico para rebocadores é o seguinte: Critério da Energia Endireitante: A área abaixo da curva dos braços de estabilidade deverá ser maior ou igual a [m.rad] até ao menor dos seguintes ângulos: ângulo de estabilidade máxima ou ângulo de alagamento ou 40º; A área abaixo da curva dos braços de estabilidade igual ou superior a [m.rad], entre os 30º e os 40º, ou entre 30º e o ângulo de alagamento se este for menor do que 40º; O braço máximo de estabilidade deverá ocorrer a um ângulo de inclinação igual ou superior a 25º; O domínio dos braços de estabilidade positivos deverá ser de pelo menos 60º.

21 Critérios de Estabilidade para Rebocadores - 4 Critério da Força de Tracção Estática: onde: GM N.( SHP. D) 13,92.. f 3. s. h / B 2 / N = número de hélices; SHP = potência em cada veio, medida tão perto quanto possível da manga, em kilowatts; D = diâmetro do hélice, em metros; s = fracção da esteira do hélice desviada pelo leme, assume-se ser igual a fracção do cilindro circunscrito ao hélice que é interceptada pelo leme a 45º; h = distância vertical entre a intersecção do eixo de linha de veios até ao gato do cabo de reboque (ou ao centro do cabeço do reboque), em metros; = deslocamento, em toneladas; f = bordo livre mínimo, em metros; B = boca na ossada, em metros.

22 Critérios de Estabilidade para Rebocadores - 5 Critério de mau tempo: [m] em que a pressão do vento (p) de acordo com a área de navegação é dada por: Costeira e oceânica [ton/m 2 ] Para águas parcialmente abrigadas [ton/m 2 ] Para águas abrigadas, rios, portos, etc [ton/m 2 ] onde: GM p. A. h. tgφ L = comprimento entre perpendiculares, em metros; A = área lateral projectada das obras mortas, em metros quadrados; h = distância vertical desde o centro de área A até ao centro de resistência lateral ou a meio calado, em metros; = deslocamento, em toneladas; p = ( L / ) p = ( L / ) p = ( L / ) φ = ângulo correspondente a metade do bordo livre ou 14º, qual deles o menor

23 Capítulo 5 Critérios de Estabilidade para o Navio Intacto