ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE NAVIOS (arranjo e nomeclatura) - CONSTRUCAO NAVAL 1, Notas de estudo de Engenharia Naval

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE – UEZO

TECNOLOGIA EM CONSTRUÇÃO NAVAL

ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE NAVIOS

Sâmara Pinto, 1011367282

RIO DE JANEIRO

ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE NAVIOS

Rio de Janeiro 2011

Trabalho apresentado como requisito parcial para a segunda avaliação semestral pela aluna Sâmara Pinto Souza, matrícula 1011367282, 4° período do curso de Tecnologia em Construção Naval, para a disciplina de Construção Naval 1, lecionada pelo professor Júlio César

SUMÁRIO

• 1. INTRODUÇÃO
• 2. EMBARCAÇÕES, EM GERAL
• 3. ARRANJO ESTRUTURAL DA EMBARCAÇÃO
• 3.1. Estrutura Primária
• 3.2. Estrutura secundária
• 3.3. Estrutura terciária
• 4. ESTRUTURA PRINCIPAL DOS CASCOS
• 4.1. Vigas e chapas longitudinais
• 4.2. Vigas e chapas transversais
• 4.3. Reforços locais
• 4.4. Chapeamento
• 5. DIVISÕES DO CASCO
• 6. DIVISÃO INTERNA DO NAVIO
• 7. CONCLUSÃO
• REFERÊNCIAS

1. INTRODUÇÃO

Inicialmente, compreendemos que uma embarcação é uma construção cujo objetivo é navegar, tanto no mar, como em lagos, rios, etc., independentemente do tamanho, forma de propulsão, função ou material de construção. As embarcações dividem-se por vários tipos, barcos, navios, botes, etc., e estes ainda se subdividem em grupos, subgrupos, famílias, etc. com base em inúmeros critérios, que não serão apresentados nesse documento. A evolução das embarcações, desde a piroga (tronco escavado) e a balsa (amarração de troncos) até os modernos petroleiros, teve fundamental importância no progresso das civilizações e no intercâmbio cultural entre os povos. O projeto dessas embarcações só é possível com a análise dos elementos estruturais fundamentais a qualquer tipo de embarcação. Cabe à engenharia naval a definição da estrutura de uma embarcação, a distribuição de todos os componentes e o projeto, instalação e funcionamento de seus equipamentos. O planejamento da estrutura e dos componentes de uma embarcação tornou-se progressivamente mais complexo, devido à automatização dos controles de navegação e dos instrumentos propulsores, de refrigeração e outros. Assim, a engenharia naval moderna não se limita a aperfeiçoar métodos de construção de navios, mas se dedica ativamente ao desenvolvimento de aparelhos de manobras e navegação automáticas, como o piloto automático, que mantém o rumo e dispensa a permanência do timoneiro no controle da embarcação. Os modernos transatlânticos e petroleiros de grande tonelagem dispõem também de uma vasta infra-estrutura de manutenção. Os fundamentos da construção naval, no entanto, permanecem inalterados desde que se começou a empregar o metal. Entre eles se contam a forma do casco, a distribuição geral do volume interno do navio e a definição da seção transversal. Contudo, abordaremos de maneira simplória, uma introdução sobre a análise do arranjo estrutural de uma embarcação e descreveremos alguns elementos importantes a estrutura do navio.

A proa (bow) é a parte da frente da embarcação no sentido de sua marcha normal. Tem formato adequado para fender, atravessar, o mar. A popa (stern) é parte de trás da embarcação. Tem forma adequada para facilitar a passagem da água que irá preencher o vazio produzido pela embarcação em seu movimento, a fim de tornar mais eficiente a ação do leme e do hélice. Os bordos (boards) são as duas partes em que o casco é dividido pelo plano diametral, ou seja, são os dois lados da embarcação. A parte da direita recebe o nome de boreste ou estibordo (starboard), BE, e a parte da esquerda recebe o nome de bombordo (port), BB. Isso supondo que o observador esteja olhando para a proa. A superestrutura (superstructure) é a construção feita sobre o convés principal, estendendo-se ou não de um bordo a outro e cuja cobertura, é, geralmente, outro convés. O castelo (castle) é a superestrutura na parte extrema da proa, acompanhada de elevação da borda. O tombadilho (poop) é a superestrutura na parte extrema da popa, também acompanhado de uma elevação da borda. AV e AR, na Figura 4, representam, respectivamente, a vante (foward) e a ré (aft). A vante está relacionada a proa, e a ré está relacionada a popa. A Figura 4 representa nomenclaturas básicas de uma embarcação.

Figura 4: Ilustração de uma embarcação

Uma curiosidade interessante é sobre os termos bombordo e boreste. Como já vimos, ao lado direito das embarcações dá-se o nome de estibordo, este é assinalado com uma luz verde de navegação, que representa a esperança e o descobrimento E o nome bombordo, relacionado ao lado esquerdo das embarcações, vem do fato de os navios ao descerem o Atlântico ao logo da costa africana ter à sua esquerda a terra e os respectivos portos – bom bordo – enquanto que do lado direito só existia o mar e o desconhecido. Este lado é representado com uma luz vermelha, cor do coração e da saudade. Uma definição importante é sobre o que são obras vivas e obras mortas. Obras vivas (quick works), também chamadas de carena (bottom), é a parte do casco abaixo da linha de flutuação em plena carga, isto é, a parte que fica total ou quase imersa. Recebe esse nome, pois é a parte do casco onde os danos podem ser mais perigosos para a estabilidade da embarcação. Obras mortas (upper works) é a parte do casco que fica acima da linha de flutuação em plena carga e que está sempre emersa. Costado (side) é o invólucro do casco acima da linha d’água. Em arquitetura naval, durante a construção do navio, quando ainda não está traçada a linha d’água, costado é o revestimento do casco acima do bojo. As bochechas (bow) ou amuras são as partes curvas do costado de um e de outro bordo, junto à roda de proa. As alhetas (vanes ou quarters) são as partes curvas do costado, de um e de outro bordo junto à popa. Través (athwart) é a direção normal ao plano longitudinal do navio. Abaixo, na Figura 5, temos a um esquema que ilustra algumas partes do casco externo de uma embarcação.

Figura 5: Partes do costado

3.1. ESTRUTURA PRIMÁRIA

Considerando-se o navio uma viga, é fundamental saber que este é um corpo, que se deforma na presença dos esforços devidos a pessoas e flutuações. A deformação é causada pelas tensões impostas aos componentes estruturais do casco. Embora as previsões mais realistas, tensões e deformações associadas à flexão longitudinal do navio em serviço requeiram um tratamento estatístico por conta da imprevisibilidade dos carregamentos impostos pela natureza do mar não serem conhecidos de maneira precisa, muito se pode inferir a partir do estudo da teoria simples de viga. O peso da carga e de outros itens que o navio transporta, faz com que o navio, por alguns instantes, apresente a tendência de fletir para baixo, mas em outras, ele é forçado a fletir para cima, quando as forças de flutuação se rearranjam. Os dois sentidos de flexão da viga navio são denominados de alquebramento, quando a viga se arqueia para cima, e de tosamento, quando o arco se dá para baixo. O alquebramento e o tosamento são denominados solicitações primárias, quais devem ser suportadas por toda a estrutura da embarcação. Temos na Figura 7 ilustrada as solicitações primárias em uma embarcação no mar.

Nível médio da superfície daágua do mar

Figura 7: Solicitações primárias – (a) Alquebramento; (b) Tosamento

(b)

(a)

O tosamento gera tensões de compressão no convés e tensões de tração no fundo. Já o alquebramento gera tensões de tração no convés e de compressão no fundo. Importa destacar que inevitavelmente a distribuição de pesos e a distribuição da flutuação ao longo do comprimento do navio raramente serão iguais uma à outra. Assim, a viga navio estará sujeita a forças cortantes e momentos fletores e as tensões e deformações oriundas destes esforços. Na Figura 8 temos um esquema de esforços distribuídos ao longo da estrutura de uma embarcação.

Figura 8: A diferença entre as distribuições de peso e flutuação gerando aflexão da viga navio.

2. Perfis pesados, que sempre servem de apoio aos perfis leves, recebendo destes a carga que lhes foi transmitida pelas unidades de chapeamento. São perfis pesados os anéis gigantes, as sicordas, as hastilhas, as quilhas, as longarinas e as escoas, ilustradas na Figura 10.

Figura 10: Detalhe de um painel do fundo: 1 – Quilha; 2 – Chapeamento; 3 – Hastilha;4-Longitudinal leve; 5-Antepara transversal; 6-Antepara longitudinal

3.3. ESTRUTURA TERCIÁRIA

A estrutura terciária tem a função dupla de contribuir para a resistência primária e na resistência à pressão lateral sobre o casco. Sua continuidade estrutural garante a estanqueidade do casco e sua área transversal contribui significativamente para a inércia da viga navio. A estrutura terciária é composta pelas anteparas, reforços no nível secundário, reforços transversais, reforços longitudinais e chapeamento, como é ilustrado na Figura 11.

Figura 11: Ilustração da estrutura terciária do duplo-fundo de um navio

Figura 13: Imagem de um bloco de uma embarcação, do detalhe o bojo

Na Figura 14, abaixo, temos o detalhamento de algumas estruturas importantes de uma embarcação.

Figura 14: Estrutura dos cascos

A estrutura do casco do navio consta da ossada, ou esqueleto, e do forro exterior (chapeamento, nos navios metálicos, ou tabuado, nos navios de madeira). Podemos dizer que o esqueleto do navio é constituído por uma combinação de dois sistemas de vigas: as vigas longitudinais e as vigas transversais, além dos reforços locais. A continuidade das peças da estrutura, e particularmente das vigas longitudinais, é uma das principais considerações em qualquer projeto do navio. Assim, uma peça longitudinal para ser considerada uma viga da estrutura deve ser contínua num comprimento considerável do navio.

4.1. VIGAS E CHAPAS LONGITUDINAIS

As vigas e chapas longitudinais contribuem, juntamente com o chapeamento exterior do casco e o chapeamento do convés resistente, para a resistência aos esforços longitudinais, que se exercem quando, por exemplo, sofre com a ação de ondas; são as seguintes: Quilha (keel) – Peça disposta em todo o comprimento do casco no plano diametral e na parte mais baixa do navio. Constitui a “espinha dorsal” e é a parte mais importante do navio, qualquer que seja o seu tipo; nas docagens e nos encalhes, por exemplo, é a quilha que suporta os maiores esforços. Longarinas ou longitudinais (longitudinal frames, girder ou keelson) – Peças colocadas de proa a popa, na parte interna das cavernas, ligando-as entre si. Trincaniz (stringer plate) – Fiada de chapas mais próximas aos costados, em cada convés, usualmente de maior espessura que as demais, e ligando os vaus entre si e às cavernas. Sicordas (girder ou runner) – Peças colocadas de proa a popa num convés ou numa coberta, ligando os vaus entre si.

4.3. REFORÇOS LOCAIS

Os reforços locais completam a estrutura, fazendo a ligação entre as demais peças ou servem de reforço a uma parte do casco. Roda de proa, ou simplesmente roda (stern ou stem) – Peça robusta que, em prolongamento da quilha, na direção vertical ou quase vertical, forma o extremo do navio a vante. Faz-se nela um rebaixo chamado alefriz, no qual é cravado o topo do chapeamento exterior. Nos navios de madeira, há também alefriz da quilha, para fixação das tábuas do resbordo. Cadaste (propeller post ou stern post) – Peça semelhante à roda de proa, constituindoo extremo do navio a ré; possui também alefriz. Nos navios de um só hélice, há cadaste exterior e cadaste interior. Pés-de-carneiro (stanchion) – Colunas suportando os vaus para aumentar a rigidez da estrutura, quando o espaço entre as anteparas estruturais é grande, ou para distribuir um esforço local por uma extensão maior do casco. Os pés-de- carneiro tomam o nome da coberta em que se assentam. Prumos (vertical bulkhead stiffener) – Ferros perfilados dispostos verticalmente nas anteparas, a fim de reforçá-las. Travessas (horizontal bulkhead stiffener) – Ferros perfilados dispostos horizontalmente nas anteparas, a fim de reforçá-las. Borboletas ou esquadros (bracket) – Pedaços de chapa, em forma de esquadro, que servem para ligação de dois perfis, duas peças quaisquer, ou duas superfícies que fazem ângulo entre si, a fim de manter invariável este ângulo. As borboletas tomam o nome do local que ocupam.

4.4. CHAPEAMENTO

O chapeamento (plating) é o conjunto de chapas que compõem um revestimento ou uma subdivisão qualquer do casco dos navios metálicos. As chapas dispostas na mesma fileira de chapeamento constituem uma fiada de chapas. Chapeamento exterior do casco – Constitui um revestimento externo impermeável à água, mas é também uma parte importante da estrutura, contribuindo para a resistência do casco aos esforços longitudinais. As fiadas mais importantes do chapeamento exterior são: a da cinta (sheer strake), a do bojo (bilge strake) e a do resbordo (garboard strake). O resbordo é a primeira fiada de chapas (ou de tábuas, nos navios de madeira) do forro exterior do fundo, de um e de outro lado da quilha. O chapeamento exterior possui basicamente duas funções: (1) estanqueidade – O chapeamento exterior constitui, com o convés estanque superior, o invólucro impermeável do navio; e (2) resistência estrutural – O chapeamento exterior é uma das peças mais importantes da estrutura, constituindo uma viga longitudinal contínua em toda a extensão do casco. O fundo do casco forma a aba inferior da viga do navio. O chapeamento dos costados é sujeito aos esforços de tensão ou descompressão, devido à tendência de flexão longitudinal a que é submetido o navio no mar. Além disto, as chapas abaixo da linha d’água suportam o esforço da pressão da água. A espessura das chapas e as ligações delas são calculadas para resistir a esses esforços, dando-se uma margem para a deterioração pela corrosão. Chapeamento do convés e das cobertas – Dividem o espaço interior do casco em certo número de pavimentos, permitindo a utilização adequada desses espaços. Além disto, eles também contribuem para a estrutura resistente do navio no sentido longitudinal; o pavimento resistente é o mais importante pavimento sob este aspecto, se bem que as cobertas também contribuam, em menor extensão, para a resistência longitudinal do casco.