ABNT 13246 Planejamento Portuário

Edson Mesquita dos Santos

Professor Associado, Marinha do Brasil

D.Sc. - Hidrodinâmica do Navio, COPPE – UFRJ

" Marine Science without practice - barren, without a theory of seamanship - fatally . “

Aleksey Nikolaevich Krylov (1863 – 1945)

Sumário Projeto Conceitual • Geometria do canal (Profundidade, largura e Curva); • Área de aproximação (área de parada, bacia de evolução, canal interno e fundeio); • Área portuária (distância de passagem de navios amarrados, distância entre navios atracados, distância entre píeres);

Projeto Detalhado • Emprego de metodologias com matemática avançada, uso de simuladores e de modelos físicos em escala reduzida;

• Análise de risco;

•Calibração de piloto automático para uso em tempo rápido e validação de simuladores de manobra; •Proposta de testes de manobrabilidade do navio em águas rasas e em baixas velocidades;

Fatores da Profundidade do Canal

Projeto Conceitual – Fase Preliminar

Componentes da profundidade de um canal sem restrições laterais

Descrição Velocidade do Navio Condições de Ondas Fundo do Canal Canal Interior Canal exterior

Fatores Relacionados com o Navio Fs

Profundidade h

≤10 nós

Nenhum

1.10 T

10 - 15 nós 1.12 T

> 15 nós 1.15 T

Todas

Ondulação baixa (Hs < 1 m)

1.15 T até 1.2 T

Ondulação moderada (1 m < Hs < 2

m) 1.2 T até

1.3 T

Ondulação forte (Hs > 2 m)

1.3 T até

1.4 T

Somar para o tipo de fundo do canal

Todas Todas

Lama /lama Nenhum Nenhum

Areia/Argila 0.4 m 0.5 m

Rochas/Coral 0.5 m 1.0 m

Folga sobre o Calado Aéreo (ADC)

FCA Todas Todas 0.05 Hst 0.05 H st + 0.4 T

Observações:

1.Para os Fatores relacionados ao Navio, supõe-se T>10m. Se T < 10 m, use o valor para T = 10m

2.Ondulação significa ondas com períodos de pico Tp maior do que 10s

3.Para os valores correspondentes à ondulação em Canais Externos, utilizar valor menor para ondulações de menores períodos e valores maiores para ondulações de maiores períodos.

4.O valor para a altura significativa das ondas Hs dependenderá da operação requerida, do tipo do navio-projeto, do nível de acessibilidade, do período e da direção

relativa das ondas.

5.Hst é a distância da superfície do mar ao ponto mais alto do navio

6.Densidade assumida da água salgada para T. Serão necessários ajustes adicionais no caso de água doce.

ABNT – Projeto Vertical Conceitual Principais Alterações I

• Definição da geometria dos vários tipos de canais;

• 1.1 de H/T é valor de limite superior recomendado para um canal de acesso sem restrição lateral, abrigado e com forças ambientais fracas, a profundidade pode ser menor desde que devidamente calculada;

• Inclusão da incerteza do calado estático do navio;

• Recomendação do emprego de três métodos (ICORELS, Barass3 e Yoshimura) para o cálculo do efeito squat em função do tipo do canal e limitações;

ABNT – Projeto Vertical Conceitual Principais Alterações II

• Recomendação do emprego de três métodos para a margem de segurança para a resposta do navio em ondas (trigonométrico, japonês e espanhol);

• Inclusão do aumento de calado devido ao ângulo de banda dinâmico dado pela guinada do navio, vento, corrente, rebocador, etc (só será incluído caso venha a representar no mínimo 5% da tolerância dada pela soma do movimento vertical em ondas e o squat);

• Recomendação para o cálculo da imersão do navio devido à variação de densidade;

ABNT – Projeto Vertical Conceitual Principais Alterações III

• Alteração do limite de margem de segurança devido

ao tipo de fundo (“FAQ líquida”)

• Em canal de acesso abrigado: 0.4 m para fundos de areia e/ou cascalho 0.6 m para fundos de coral ou pedra • Em canal de acesso desabrigado: 0.5 m para fundos de areia e/ou cascalho 1.0 m para fundos de coral ou pedra A margem de segurança para fundo de lama pode ser

desprezada, desde que os fatores associados ao navio, listados anteriormente, tenham sido calculados.

ABNT – Projeto Vertical Conceitual Novos Conceitos

Margem de Manobrabilidade do Navio

• É um fator independente da Folga Abaixo da Quilha;

• Um valor mínimo de 5% do calado ou 0,5m, o que for maior,

define uma MM adequada para a maioria dos tamanhos de navios, tipos e canais;

• Em áreas abrigadas, quando em procedimento de atracação

ou de desatracação, com forças ambientais fracas e ausência de ondas, o valor de 0,5 m é o recomendado para operações assistidas por rebocadores, independentemente do calado do navio;

ABNT – Projeto Horizontal Conceitual

Fator 1 - Manobrabilidade do navio

De acordo com a SNAME, um navio com boa manobrabilidade:

• Tem capacidade de manter o aproamento;

• Executa curvas com raios/diâmetros pequenos;

• Reponde rápido, no tempo, às ações de

controle (leme).

Fator 1 - Faixa de manobrabilidade

Manobrabilidade do navio Boa moderada fraca

Faixa Básica de Manobra, WBM 1,3 B 1,5 B 1,8 B

Navios com boa manobrabilidade são os que possuem a habilidade de manter o rumo, no canal de acesso, empregando até 5 graus de leme. Os de manobrabilidade moderada empregam até 20 graus de leme e os de

baixa manobrabilidade necessitam empregar até todo o leme.

A manobra teste recomendada para a aferição da manobrabilidade do navio é a VSZZ (Very Small ZIG-ZAG), cuja definição é encontrada

na IMO-MSC 1053

Fator 2 –Velocidade do Navio

Velocidade Canal Externo exposto Canal Interno

Navio a mar aberto águas abrigadas

Velocidade do navio (nós)

Maior que 12 alta 0,1 B 0,1B

Maior que 8 e menor que 12 moderada 0,0 0,0

Maior 5 e menor que 8 baixa 0,0 0,0

Mantido o mesmo padrão da PIANC 97

Fator 3 –Vento pelo través

A nova norma é mais conservativa, incluindo o alargamento do canal para ventos brandos. Para ventos moderados e fortes o alargamento foi aumento

em 0.1B. Para as velocidades baixas do navio, com ventos fortes o margem de segurança também foi aumentada em 0.1B.

Velocidade

Canal Externo

exposto Canal Interno

Navio a mar aberto águas abrigadas

Vento pelo través (nós) V do navio

- brando 15 ( Beaufort 4) Alta 0,1 B 0,1 B

Moderada 0,2 B 0,2 B

Baixa 0,3 B 0,3 B

- moderado > 15-33 Alta 0,3 B 0,3 B

(> Beaufort 4 - Beaufort 7) Moderada 0,4 B 0,4 B

baixa 0,6 B 0,6 B

- forte > 33 – 48 Alta 0,5 B 0,5 B

(> Beaufort 7 - Beaufort 9) Moderada 0,7 B 0,7 B

Baixa 1,1 B 1,1 B

Fator 4 – Correntes pelo través

•No caso de correntes fortes pelo través, em um canal interno abrigado,

recomenda-se o emprego de simuladores de manobra para definição do fator

de segurança a ser empregado.

•A norma é mais conservativa, tendo como referência a PIANC 97, para o canal abrigado e para baixas velocidades do navio em canais desabrigados.

Fator 5 – Correntes Longitudinais

Velocidade Canal Externo exposto Canal Interno

Navio a mar aberto águas abrigadas

Corrente longitudinal (nós)

- fraca 1,5 todas 0,0 0,0

- moderada > 1,5 - 3 alta 0,0 0,0

moderada 0,1 B 0,1 B

baixa 0,2 B 0,2 B

- forte > 3 alta 0,1 B 0,1 B

moderada 0,2 B 0,2 B

baixa 0,4 B 0,4 B

Mantido o mesmo padrão da PIANC 97

Fator 6 – Altura da Onda

pelo Través ou quartos do Navio

A norma é muito menos conservativa com relação à PIANC 97

Velocidade

Canal

Externo

exposto Canal Interno

Navio

a mar

aberto águas abrigadas

Ondas vindo pela ré, alhetas ou través do

navio

Hs (altura significativa da onda)

Hs 1 m todas 0,0 0,0

1 < Hs < 3 m todas 0,5 B 0,0

Hs .>= 3 m todas 1.0 B 0,0

Fator 7 – Auxílios à Navegação

Excelentes : • pares de bóias iluminadas e com refletores radar;

• alinhamentos iluminados; • sistema VTS (Vessel Traffic Service), quando aplicável.

Com emprego de: • Práticos; • correção diferencial para o sistema de posicionamento de navegação por satélites (DGPS); • Sistema de navegação por carta eletrônica (ECDIS);

Bons : • pares de bóias iluminadas e com refletores radar, • alinhamentos iluminados

Com emprego de: • práticos, • correção diferencial para o sistema de posicionamento de navegação por satélites (DGPS)

Moderados: • falta ao menos uma das componentes listadas nas características dos bons.

Fator 8 – Superfície do fundo

Velocidad

e

Canal Externo

exposto Canal Interno

Navio a mar aberto

águas

abrigadas

Tipo de fundo

- se profundidade 1,5 T 0,0 0,00

- se profundidade < 1,5 T,

então

- liso e mole 0,1 B 0,1 B

- irregular e duro 0,2 B 0,2 B

Mantido o mesmo padrão da PIANC 97

Fator 9 – Efeitos de profundidade

Mantido o mesmo padrão da PIANC 97

Velocidade

Canal Externo

exposto Canal Interno

Navio a mar aberto

águas

abrigadas

Profundidade do canal

- 1,5 T todas 0 0,0

- 1,5 T - 1,25 T todas 0,1 B 0,2 B

- < 1,25 T todas 0,2 B 0,4 B

Fator 10 – Nível de periculosidade da carga

Periculosidade da carga como prescrito na IMO e em regulamentos nacionais inclui:

Toxicidade Potencial explosivo

Potencial de poluição Potencial de combustão

Potencial corrosivo

Cargas de alta periculosidade incluem GNL, GLP e algumas classes de produtos químicos. Em geral, nenhuma largura adicional é exigida na presença de cargas perigosas. No entanto, medidas adicionais de segurança deverão ser aplicadas como a redução da velocidade em combinação com a assistência por VTS e navios de patrulha, e/ou a restrição de canais normalmente bidirecionais transformando-os em unidirecionais, a fim de tornar mais segura a aproximação ao porto.

Fator 11 – Intensidade do tráfego

Velocidade

Canal Externo

exposto Canal Interno

Navio a mar aberto águas abrigadas

Densidade do tráfego

- baixo todas 0 0

- médio todas 0 0

- alto todas 0.5 0.5

A densidade do tráfego é dividida em: baixa: 0-1 navios/hora média: 1-3 navios/hora alta: > 3 navios/hora

Fator 12 – Folga com a margem

A norma é mais conservativa com relação à PIANC 97, ao assumir o novo parâmetro de inclinação de talude menor ou igual a 1:10

Fator 13 – Distância de passagem

Largura para

Canal

Externo

Canal

Interno

distância de passagem exposto a Águas

Wp mar aberto Protegidas

Velocidade do navio (nós)

- alta > 12 2,0 B 1,8 B

- moderada > 8 - 12 1,6 B 1,4 B

- baixa 5 – 8 1,2 B 1,0 B

A norma atual permite que a velocidade do navio seja maior do que 12 nós no canal abrigado

Largura do Canal para Grandes Amplitudes de Maré • Se houver uma grande faixa de amplitude de maré

(superior a 4 m) combinado com correntes fortes e alto fundos íngremes em ambos os lados do canal, deve-se considerar a a possibilidade de bloqueio do canal pelo navio. Isso pode ocorrer se um navio encalhar em um lado do canal e vir a ser girado pela mudança de sentido da corrente de maré vindo a ficar atravessado no canal.

• Sob estas condições e à base num estudo de risco adequada, a largura do canal deve ser mais larga que o Loa do navio de projeto.

Projeto Conceitual – Curvas – Largura adicional

RTDA WWW

C

OADA

aR

LW

2

BWRT 4.0

= 8 para navios normais e a = 4.5 para navios com CB ≥ 0.8 a

Projeto Conceitual – Raio da Curva

LRo 325

o25

R tem de ser maior do que o apresentado

na tabela abaixo

;

Projeto Conceitual – Parada e Distância de Parada

;

Projeto conceitual -Acesso do Porto

A largura do acesso ao porto deverá ser igual ou maior do que o comprimento total (Loa ) do navio-projeto, a fim de evitar, no caso de um incidente, que o navio fique encalhado transversalmente no acesso ao porto.

Projeto Conceitual – Bacia de Evolução

Na fase do Projeto Conceitual, o diâmetro nominal da bacia de evolução deverá ser ≥ 2 L;

Em alguns casos, em especial em portos pequenos ou onde não haja a disponibilidade de rebocadores, o diâmetro deverá ser maior do que 3 L;

Projeto Conceitual – Distância de

passagem entre navios amarrados

• Velocidade do navio em movimento de 4 nós ou menos, para uma distância de separação (costado a costado) de ao

menos 2B

• Velocidade do navio em movimento de 6 nós ou menos, para uma distância de separação (costado a costado) de ao

menos 4B

Projeto Conceitual – Fundeio

1 - A regra geral é de que o navio deverá dar um filame de ao menos cinco vezes a profundidade do local, para que possa garantir um esforço

horizontal sobre o ferro. RA =Loa +5h

3 - Distância adicional de segurança devido as imprecisão de fundeio: entre 25 e 50% do Loa do navio

2 - Margem de segurança adicional para o caso do navio garrar: Fundo de boa tença:

Fundeio com velocidade do vento ≤ 10 m/s 0 m Fundeio com velocidade do vento de 20 m/s 60 m Fundeio com velocidade do vento de 30 m/s 120 m Fundeio com velocidade do vento ≥ 30 m/s 180 m

Fundo de tença ruim: Fundeio com velocidade do vento ≤ 10 m/s 30 m

Fundeio com velocidade do vento de 20 m/s 90 m Fundeio com velocidade do vento de 30 m/s 150 m Fundeio com velocidade do vento de 30 m/s 210 m

4 - Distância adicional de segurança para passagem de outros navios: 10% do Loa do navio

Projeto Conceitual – Áreas de Fundeio

A folga abaixo da quilha em um fundeadouro não precisa ser maior do que em um canal projetado para a navegação em qualquer condição de tempo e de maré, ou 1,1 T

Projeto Conceitual –

Distância mínima entre navios atracados

A distância mínima entre navios atracados deve ser de 0.1 LOA do maior navio atracado, como indicado na figura abaixo, sendo que esta distância nunca deve ser menor do que 15 m.

Projeto Conceitual – Largura mínima entre pieres

Projeto Detalhado

O projeto detalhado é um processo de maior rigor, que tem o objetivo de validar, desenvolver e refinar o Projeto Conceitual.

Projeto detalhado Ambiente físico

• Vento • Ondas • Correntes e correntes de maré • Ciclos e elevações de maré • Batimetria do fundo • Geotecnia do fundo • Assoreamento • Efeitos da água salgada e da água doce • Visibilidade Necessidades: Validação da modelagem numérica e análise com modelos físicos e

medições reais para que a mesma possa ser empregada na simulação da manobra do navio.

Projeto detalhado Conceito de Fundo Náutico

• “Nível no qual as características físicas do fundo

atingem um limite crítico além do qual o contacto com a quilha de um navio causaria dano ou efeitos inaceitáveis de controlabilidade e manobrabilidade.”

• Inclusão dos efeito da manobrabilidade em lama fluida.

Projeto detalhado Profundidade do canal

• Descrição da metodologia a ser empregada para

obtenção do squat, para diferentes geometrias de casco incluindo aceleração do navio e efeitos quando da passagem por outros navios. (CFD e testes com modelos em escala reduzida) – USP – IPT

• Descrição da metodologia recomenda para obtenção do RAO (CFD e testes com modelos em escala reduzida) e definição da margem de segurança do movimento do navio em águas rasas - USP

Projeto Detalhado Gestão e Análise de Riscos

• Erros Humanos e Incertezas Estatísticas do Projeto :

1. Incertezas da situação de risco

2. Incertezas das informações disponíveis

3. Incertezas estatísticas

4. Incertezas de qualquer modelo operacional em uso

Projeto Detalhado

Gestão e Análise de Riscos: Metodologia

Projeto detalhado Águas restritas

• A cada razão profundidade/calado um novo navio;

• Diferentes índices de estabilidade;

• Diferentes diâmetros táticos;

• Respostas geralmente mais lentas no tempo;

• Ações de atuadores de controle (leme, propulsor, máquinas) alterados;

• Dependência de novas variáveis, inexistentes em águas profundas.

Projeto Detalhado Baixa Velocidade em Águas Restritas

• Grande dependência do ângulo de deriva (drift angle β) , com valores muitos maiores do que os observados em águas profundas!!!

Dificuldades de correlação entre o comportamento do navio em águas profundas e em águas rasas

• As manobras padrão definitivas, da IMO, e os índices de desempenho de projeto, não fornecem informações adequadas para o comportamento lento de um navio em velocidade de manobra, em canais de acesso.

Dinâmicas da Máquina e de Geração de Empuxo

• Em águas profundas, a velocidade do navio é relativamente estável e a regulagem do motor é feita para atender no mínimo a 85 % do MCR;

• As águas restritas, as operações em baixa velocidade envolvem várias combinações com:

- Direção do navio em movimento (avante ou a ré, de lado e/ou guinando);

- O sentido da força de empuxo do propulsor principal ora é à frente, ora à ré.

Reações do Casco em baixas velocidades e em águas restritas

• · As reações do casco do navio às ações do motor, leme e propulsor ocorrem principalmente em fases transientes, no tempo, e raramente atingem o estado estacionário ou permanente.

• · O navio está geralmente na proximidade de outras embarcações e em outro meio físico restritivo.

• · Em baixas velocidades a estratégia de controle é totalmente diferente da utilizada em águas profundas.

• · Existe um controle específico para cada tipo de máquina e propulsor, a variação, no tempo, de rotação do propulsor ou do passo, passam a ter um impacto significativo no desempenho do navio. Ex.: Navios gaseiros normalmente empregam turbina à vapor.

Exemplo real – Login Tambaqui

Exemplo real – Login Tambaqui

Exemplo real – Login Tambaqui

Exemplo real – Login Tambaqui

Padrão ABNT – Simulador “fast time”

• Será definido o padrão de simulador "fast time“ que poderá ser utilizado na avaliação de portos. Neste tipo de simulador é possível colocar um modelo matemático mais realístico, dando importância ao piloto automático.

• Ganhos de controle podem ser definidos (principalmente em um controle PD) para a condução do navio no canal de acesso.

• Serão observados os valores máximos de leme que podem ser empregados (15 a 20 graus) e de limites de controle, seguindo padrões SNAME e PIANC.

Os resultados atuais de simuladores, quando em “fast time”, geralmente apresentam apenas a trajetória descrita pela navio, que é um dado limitado para uma avaliação técnica.

Projeto Detalhado – Exemplo “fast time” Canais Estreitos – Manobrabilidade do navio

Objetivo: manter o aproamento, quando se afastando 5 a 10% do comprimento do navio em relação a linha de centro do canal Solução “fast time simulation” com piloto automático PD

Projeto detalhado Efeitos de margem - Exemplo “fast time”

Objetivo: manter o aproamento, quando se afastando da linha de centro, tendo como referência de afastamento a boca do navio.

Solução “fast time simulation” com piloto automático PD

“A dificuldade de se manter um navio fora de contornos sólidos constitui um

critério básico na qualidade de transito de um navio em um canal.

Naturalmente todas essa operação depende do operador”.

Principles Of Naval Architecture, vol III - SNAME

Projeto Detalhado A obrigatoriedade do controle do navio por um prático

• Habilidade inicial para guinar (10, 20, 35 graus de leme), indicando distância

percorrida, tempo e razão de guinada, com condição de máquina devagar, meia

força e toda força, indicando distância percorrida, tempo, ângulo de deriva.

•Zig-zag 10-10, 20-20

• VSZZ;

• Parada brusca em baixas velocidades;

• Parada brusca com razão de guinada inicial para BE e leme a BE;

• Parada brusca com razão de guinada inicial para BB e leme a BB;

• Manobra Teste Pull Out;

• Fornecer os valores do torque, potência(s), rpm e passo da(s) máquina(s);

• Ação da(s) máquina(s) do leme e reposta no tempo do leme;

Projeto Detalhado Testes recomendados para simuladores em

águas restritas e em baixas velocidades

Vento 1 - Navio com velocidade inicial zero, na condição de águas restritas, do canal projetado Incidir vento com intensidade moderada entrando ao 30 graus relativos à proa e apresentar os resultados de aproamento final, razão de guinada e velocidades u e v e trajetória, durante 60 minutos apresentando estes dados obtidos da simulação fast time de 1 em 1 minuto Repetir o teste alterando o ângulo de incidência do vento em mais trinta graus até 150. Realizar novos de testes com navio com velocidade inicial de 6 nós. Repetir os mesmos teste em águas profundas 2 - Ondas Realizar os mesmos testes nas mesmas condição iniciais realizadas para o vento 3 - Corrente Realizar os mesmos testes nas mesmas condição iniciais realizadas para o vento

Testes recomendados em águas restritas e em baixas velocidades

Canais de acesso

1 – Apresentar os efeitos de margem no canal de acesso com o navio de projeto, discriminando o ângulo de deriva, as velocidades u, v,e r e também apresentando os valores de força e momento associados aos efeitos de margem; 2 – Apresentar os efeitos de interação entre navios (passagem e ultrapassagem) e navios amarrados, discriminando o ângulo de deriva, as velocidades u, v,e r e também apresentando os valores de força e momentos associados aos efeitos de interação entre os navios;

2 – Apresentar os efeitos do squat sobre o canal do navio, o aumento de resistência do casco e os efeitos sobre o sistema propulsivo e de governo para o navio tipo de projeto, indicando em termos percentuais suas diferenças em relação à águas profundas, para o navio de projeto.

Testes recomendados em águas restritas e em baixas velocidades

Muito Obrigado!