COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº176527

Segurança operacional de comboios fluviais

Carlos Daher Padovezi

Palestra apresentada no Seminário Internacional de Transporte e Desenvolvimento Hidroviário Interior, 11., 2019, Brasília.

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

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Segurança Operacional de Comboios Fluviais

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Carlos Daher Padovezi

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A. projeto estrutural e de arranjo do casco, inclusive com compartimentagem que garanta a sobrevivência mesmo em caso de ocorrência de acidente;

B. formas do casco e distribuição de pesos que garantam estabilidade dinâmica, sob a ação de ondas, de ventos, guinadas abruptas, etc.;

C. potência instalada e sistemas de propulsão e de manobras corretamente projetados para operação com segurança;

D. sistemas robustos de navegação e de comunicação;

E. treinamento da tripulação nos procedimentos em operações normais e em emergência.

Uma embarcação convencional tem a base da sua segurança operacional nos seguintes itens:

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O número máximo de barcaças e a formação do comboio, assim como os calados das barcaças, devem ser dependentes dos sistemas de propulsão e de manobras instalados no empurrador, assim como das restrições da via navegável.

Os movimentos relativos entre as barcaças de um comboio levam a comportamentos diferenciados, quando comparados a comportamentos de uma embarcação única, nas seguintes situações: a) encalhe, b) colisão, c) abalroamento, d) navegação em águas rasas (alterando o afundamento paralelo, “squat”), e) manobras bruscas (grandes ângulos de lemes), f) parada brusca.

Uma ruptura de amarras passa a ser um fator de risco importante, porque embarcações sem propulsão podem ficar à deriva e sem controle.

A segurança operacional de um comboio fluvial deve ser vista de maneira diferente da segurança operacional de uma única embarcação pelos seguintes motivos:

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Por conta das formas pouco hidrodinâmicas, a maior resistência ao avanço do comboio faz com que o comboio pare, em situação emergencial de parada brusca, após a retirada da propulsão, em um tempo menor do que navio oceânico de mesmo deslocamento e com uma mesma velocidade inicial. As desacelerações de um comboio são maiores do que a de um navio marítimo de mesmo deslocamento devido à maior massa adicional.

Por suas dimensões especiais e compactas, o empurrador pode apresentar restrições de estabilidade dinâmica quando navegando isolado (escoteiro) e em caso de acidentes, principalmente colisões.

A manobrabilidade de um comboio é melhor do que a de um navio oceânico, em um ambiente sem ondas, em baixas velocidades. O fato dos empurradores bem projetados terem no mínimo dois propulsores com grande distância entre si, aumenta a capacidade de manobra dos comboios.

Continuando:

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Itens especiais para avaliação da segurança operacional de

um comboio

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Número de barcaças e formação de comboios

Avaliação da segurança operacional de um comboio

A quantidade de barcaças e a formação do comboio (número de linhas x número de colunas da formação) que poderão ser consideradas seguras dependerão das características da via (profundidade, larguras, raios de curvaturas do traçado, condições ambientais, etc.) e das caraterísticas dos sistemas propulsivos e de manobras do empurrador.

Como as vias fluviais navegáveis, de modo geral, apresentam grandes variações de vazões e de profundidades ao longo do ano, pode ocorrer a necessidade de adotar diferentes número de barcaças e/ou diferentes formações de comboios para uma navegação eficiente e segura. Também é comum haver variação de calados das barcaças em função da época do ano.

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O principal item de restrição relativa à propulsão de comboios pode ser considerado o seu comportamento em situação de emergência, traduzido pela

distância de parada brusca do comboios em caso de necessidade. A distância considerada segura para parada brusca de uma embarcação, geralmente assumida como aquela igual à distância de visada, no caso de embarcações fluviais deve ser relativamente menor que em embarcações marítimas. Isto porque em rios, onde os perigos estão mais escondidos pela sinuosidade do traçado do canal de navegação, há necessidade de se parar em menores distâncias do que em mar. É importante notar que a distância de parada brusca é inversamente proporcional à potência instalada no empurrador, assim como é proporcional ao porte do comboio, por conta da inércia envolvida. PADOVEZI (2003) assumiu uma relação de referência entre distância de parada brusca e comprimento de comboio de 3,0 – sendo considerada a relação de 2,5 como uma meta.

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Os itens de restrição relacionados com manobras dos comboios são referentes às restrições da via navegável. Larguras estreitas, raios reduzidos de curvaturas do traçado e existência de pontes ou/e de eclusas no trajeto levam ao requisito de maior poder de manobras de determinado comboio. Soluções como propulsores azimutais ou como lemes múltiplos dispostos à ré dos propulsores, com ou sem geometrias de lemes de alta sustentação, têm sido utilizadas com sucesso, sempre em combinação com um número adequado de propulsores.

Para garantir boa manobrabilidade ao comboio, o empurrador deve obrigatoriamente possuir no mínimo dois propulsores, com eixos o mais espaçados possível. Lembrando que a favor da segurança, por questão de estabilidade e de manobrabilidade, a boca do empurrador deve ser a maior possível, analisadas as restrições da via. A necessidade de navegar em águas rasas tem levado à adoção de calados reduzidos nos empurradores, o que, devido à alta potência total instalada, pode levar à necessidade de instalação de três ou até quatro propulsores.

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Em casos especiais, onde ocorrem curvas muito fechadas, há a possibilidade de desmembramento do comboio (do conjunto de barcaças) para realizar a passagem com menor risco. Este procedimento evita que a existência de uma ou duas curvas muito fechadas (restrição importante), por exemplo, levem à redução demasiada do porte de um comboio na viagem inteira, o que penalizaria economicamente o sistema de transporte.

Desmembramento de um comboio pode ser a solução para passagem por um ponto crítico da via navegável

Desmembramento de um comboio pode ser a solução para passagem por um ponto crítico da via navegável

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O Laboratório de Engenharia Naval e Oceânica do IPT utiliza os seguintes procedimentos para estimativas de potências em função da velocidade, para várias formações de comboios, em função das características da via navegável:

a) formulação de Howe para estimativas de resistência ao avanço de comboios fluviais, trazida por CHRISTOPOULOS & LATORRE (1983) e adaptada por PADOVEZI (2003);

b) valores do fator F, da formulação de Howe, e dos coeficientes propulsivos Cp = EHP/BHP (sendo: EHP – potência efetiva do casco e BHP – potência fornecida pelos motores) são obtidos e ajustados para os comboios a partir do banco de dados da NAVAL/IPT montado com resultados de ensaios com modelos em escala reduzida em Tanque de Provas e de medições em escala real (metodologia em PADOVEZI, 1997), com comboios de vários portes e em diferentes condições da via (profundidades, larguras e correnteza).

Estimativas de potências dos comboios em cada condição operacional

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Ações para minimização dos riscos Ações para minimização dos riscos Número de barcaças e formação de comboios

Informações sobre as profundidades de todos os trechos da via navegável, assim como informações meteorológicas atualizadas.

Em casos de necessidade de desmembramento de um comboio em determinado ponto da via, é importante que haja, a montante e a jusante da restrição (uma curva fechada, por exemplo), pontos de espera ou de atracação, devidamente projetados para amarras partes do comboio durante as manobras de passagens pelo trecho crítico.

A manutenção das embarcações é indispensável para garantir o bom desempenho durante as viagens.

O treinamento contínuo dos tripulantes garante uma qualidade à segurança da navegação, considerando que uma grande parcela (de 70 a 80%) das causas de acidentes vem de erros humanos.

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Segurança das amarras Avaliação da segurança operacional de um comboio

Um grande desafio é projetar as amarras para apresentarem grande resistência a esforços e também proporcionarem facilidades de manuseio e de instalação.

Laçadas típicas de união entre quatro barcaças, por meio de amarras em cabeços nos respectivos conveses (ARROYO & EBELING, 2005).

Na navegação em áreas onde ocorrem ondas, a influência de ondas diferentemente em cada barcaça, por conta da liberdade de movimentos verticais, tende a amplificar os esforços dinâmicos sobre as amarras. O problema do projeto das amarras é mais complexo quando se analisa o que ocorre em caso de colisões ou choques, onde os esforços são muito amplificados.

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Ações para minimização dos riscos Ações para minimização dos riscos Segurança das amarras

materialpeso

específico

módulo

específico

(N/tex)

resistência

específica

(N/tex)

coeficiente

de atrito

dinâmico

contra metal

ponto de

fusão (oC)

HPME 0,97 110 35 0,07 147

Cabo de aço 7,85 26 0,18 0,23 1.600

A unidade “tex” é o peso em gramas de 1.000 m de material

Como garantia da segurança, as condições de todas as amarras do comboio (dimensões, estado físico, qualidade das laçadas) devem ser sempre verificadas por mais de uma pessoa da tripulação ou da operação.

Por facilidade de manuseio, é comum que as amarras entre as barcaças sejam de material sintético (poliéster, por exemplo). As amarras do empurrador com as barcaças são mais comumente de cabos de aço. Mais recentemente, têm sido utilizadas amarras de materiais sintéticos mais resistentes, como o HMPE (“high modulus polyethylene”).

Deve ser dada atenção ao desgaste, pelo tempo e pelo uso, das amarras utilizadas. Amarras de aço usadas tendem a ter cerca de 80% da tensão de ruptura de amarras novas de mesma dimensão.

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Estabilidade do empurrador em situações críticas Avaliação da segurança operacional de um comboio

Um empurrador geralmente é uma embarcação de dimensões reduzidas com grande potência instalada e com grandes áreas de lemes, porque são dimensionadas para navegar com segurança com o comboio de barcaças. De forma isolada, sobram potência e área total de lemes para propulsão e manobra do empurrador.

Devido a potências instaladas relativamente altas, são necessários grandes tanques de combustíveis no empurrador, o que pode ser um fator de agravamento da estabilidade dinâmica pela possiblidade de ocorrência de efeito de superfície livre.

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O fato do empurrador estar acoplado a um conjunto de barcaças por meio de amarras apropriadas minimiza a tendência de inclinação lateral durante a realização de curvas no trajeto. Contudo, em caso de ruptura destas amarras, o empurrador sofrerá abruptamente a ação de um momento de emborcamento importante.

Condições ambientais adversas (ondas e ventos) podem aumentar perigosamente os ângulos de inclinação e de jogo (“roll”) do casco de um empurrador navegando isolado.

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Problemas que ocorrem com projetos de empurradores

Ás vezes, o projetista dá preferência em otimizar as linhas e dimensões do empurrador, pensando em ter como resultado um bom desempenho hidrodinâmico do casco navegando isoladamente. O empurrador tende a navegar pouco tempo isolado (escoteiro) e o ganho em eficiência hidrodinâmica que se obtém com formas afiladas não compensa as perdas em segurança (estabilidade dinâmica) que se tem abdicando de maiores bocas.

Pode ocorrer de se utilizar empurrador com apenas uma ou duas barcaças em situação que poderia ser melhor equacionada com uma embarcação autopropelida. Tal solução evitaria vários problemas, inclusive aqueles relacionados com a amarração entre empurrador e barcaças.

Empurradores têm a obrigação de possuir boa manobrabilidade para conseguir controlar comboios, que possuem formas pouco hidrodinâmicas. Assim, um empurrador não pode possuir apenas um motor e um hélice, porque perde uma grande vantagem de atuar com maiores momentos de giro operando com dois hélices dispostos lateralmente na popa.

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Empurradores Ações para minimização dos riscos Ações para minimização dos riscos

projeto de empurrador com a maior boca possível; atenção permanente com o efeito de superfície livre de

seus tanques de lastros e de combustíveis; restrição de aceleração dos motores (ou seja, de

velocidade de cruzeiro); restrição de ângulo de lemes; evitar navegação em condições ambientais adversas

(com ondas e ventos intensos, principalmente).

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Com empurrador acoplado a um conjunto de barcaças, em comboio, a preocupação deve ser com a qualidade e o fator de segurança das amarras de acoplamento. Elas devem ser capazes de suportar esforços dinâmicos que ocorrem em caso de uma colisão do comboio.

Solução para proteção do empurrador em trechos de navegação crítica

Em situações de navegação em que o risco de colisão é relativamente alto, uma forma eficaz de reduzir o risco de ruptura das amarras entre empurrador e barcaças é fazer com que o empurrador se encaixe em parte do conjunto de barcaças.

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Solução para proteção do empurrador em trechos de navegação crítica

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Comboios fluviais são embarcações especiais que podem, e devem, se adaptar à via navegável e às suas restrições específicas e temporais para transportarem cargas com eficiência e segurança. É necessário encarar cada barcaça e cada empurrador como uma embarcação única, no tocante aos requisitos usuais para embarcação convencionais, que garantem a integridade estrutural, a estanqueidade, a compartimentagem e a estabilidade. Contudo, o fato de um comboio fluvial ser formado por barcaças e por um empurrador, ou seja, ser um conjunto de embarcações amarradas entre si, merece uma atenção para as especificidades resultantes desta combinação.

Em resumo:

Itens de segurança operacional de comboios: composição dos comboios, segurança de todas as amarras, e estabilidade dinâmica dos empurradores. Itens de segurança operacional de comboios: composição dos comboios, segurança de todas as amarras, e estabilidade dinâmica dos empurradores.

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21 Centro de Tecnologia Mecânica, Naval e Elétrica

OBRIGADO

Carlos Daher Padovezi – IPT padovezi@ipt.br