Análise Comparativa da Estabilidade Intacta de Catamarãs Passageirs x Monocascos

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27º CONGRESSO INTERNACIONAL DE TRANSPORTE AQUAVIÁRIO, CONSTRUÇÃO NAVAL E OFFSHORE
Catamarãs de Passageiros x Monocascos
Análise Comparativa da Estabilidade Intacta
Rio de Janeiro, 23 a 25 de outubro de 2018
João Henrique VOLPINI Mattos
Engenheiro Naval
Motivação
• O estudo iniciou-se há alguns anos, quando fomos instados a
refazer a prova de inclinação de um catamarã que apresentou peso
leve na renovação de CSN ligeiramente diferente do peso leve
original. A dúvida era ...
VALE A PENA NOVA PROVA DE INCLINAÇÃO 
E NOVA ANÁLISE DE ESTABILIDADE EM CATAMARÃS ?
• Na época a frota se compunha de 24 embarcações em 12
diferentes classes (8 monocascos em 4 classes, 16 catamarãs em 8
classes.). A frota atual tem 19 embarcações em 10 classes (7
monocascos em 4 classes e 12 catamarãs em 6 classes).
Regulamentação Estatutária Pertinente – Navegação Interior
• 0316 : Dispensa da realização de prova de 
inclinação para embarcações novas
‒ Para AB > 300, de 4 em 4 para séries se 
ΔLCG < 0,5%LPP e ΔPesoleve < 1%
• 0318/0319 : Dispensa de nova prova de inclinação 
após alteração
‒ Para AB < 500 se ΔPesoleve < 2%
‒ Para AB > 500 se ΔLCG < 1%LPP e ΔPesoleve < 3%
• 0605 : Áreas de navegação (1 e 2)
‒ Área 1 - Águas abrigadas (rios, canais, lagoas, lagos, 
baías) onde não há alturas significativas de ondas.
‒ Área 2 – Áreas com ondas de altura significativa, vento, 
correnteza, definidas pelas NPCP/NPCF.
NORMAM-02
NPCP-RJ
Curvas de Estabilidade Estática
O cálculo da curva de braços de endireitamento ou curva de
estabilidade estática (GZ) é feito através das curvas cruzadas de
estabilidade KN (curvas isóclinas ou curvas cruzadas).
𝐺𝑍 = 𝐾𝑁 − (𝐾𝐺 + 𝐹𝑆). sin 𝜃
Curvas Isóclinas e Braços KN
Como as encontramos
Como se comportam
Critérios de Estabilidade (NORMAM-02)
θ
GZGZ
G
M
0
θ0 ° 57.3
θ
GZGZ
G
M
0
θ θ0 2 ° 57.3
GZmax
θ
GZGZ
G
M
0
θ θ θ0 2 ° 57.3 f
GZmax
θ
GZGZ
G
M
0
θ θ θ θ0 1 2 ° 57.3 f
GZmax
θ
A1
GZGZ
G
M
0
θ θ θ θ0 1 2 ° ° 40 57.3 f
GZmax
A2
CRITÉRIO ÁREA 1 ÁREA 2
Altura metacêntrica inicial GM0 ≥ 0,35m
Braço de endireitamento máximo GZmax ≥ 0,10m GZmax ≥ 0,15m
Ângulo de equilíbrio estático θ1 ≥ 15° e θ1 ≥ θf θ1 ≥ 12° e θ1 ≥ θf
Área entre as curvas A2 ≥ A1 A2 ≥ 1,2A1
θf ≥ 25° θf ≥ 30°Ângulo de alagamento
CEE=curva de estabilidade 
estática
CBE=curva de braços de 
emborcamento
Braços de Emborcamento
• Momento de emborcamento devido ao agrupamento de 
passageiros no bordo
𝑀𝑃 = 𝑃.𝑁. 𝑌𝑐 . cos 𝜃
𝑀𝑉 =
5,48. 𝐴. ℎ. 𝑉2. 0,25 + 0,75. 𝑐𝑜𝑠3𝜃
106
• Momento de emborcamento devido ao vento
𝑀𝐺 =
0,02. 𝑉0
2. ∆. 𝐾𝐺 −
𝑇
2
𝐿
• Momento de emborcamento devido à guinada
𝐵𝑃 =
𝑀𝑃
∆
𝐵𝑉 =
𝑀𝑉
∆
𝐵𝐺 =
𝑀𝐺
∆
• Braços de emborcamento
• P : peso de cada passageiro 
(0,075t)
• N : número de passageiros 
no convés
• Yc : distância do centroide 
dos passageiros à linha de 
centro
• θ : ângulo de banda
• A : área lateral exposta ao 
vento
• T : calado médio
• h : distância entre o 
centroide de A e T/2
• V : velocidade do vento (80 
km/h)
• V0 : velocidade da 
embarcação
• KG : altura do centro de 
gravidade
• L : comprimento da linha 
d’água
• Δ : deslocamento da 
embarcação
Comparação Entre Embarcações
• Na falta de parâmetro de similaridade
geométrica entre as classes, foram
comparadas classes de embarcações com
aproximadamente a mesma capacidade de
passageiros.
• As embarcações foram comparadas sempre na condição de
carregamento máximo (100% consumíveis, 100% passageiros), que
é a condição de estabilidade mais crítica (KNs menores, KGs
maiores).
Embarcações de 2000 Passageiros – Características Principais
BOA VIAGEM (Tradicional 2000 monocasco)
LPP: 53,00m B: 10,60m D: 3,70m T: 2,20m
AB: 1006 ∆: 714,9t KG: 4,23m
PÃO DE AÇUCAR (US-2000 catamarã)
LPP: 77,40m B: 14,80m D: 4,00m T: 1,75m
AB: 1999 ∆: 664,9t KG: 4,46m
Embarcações de 2000 Passageiros – Estabilidade
PARÂMETRO DE ESTABILIDADE BOA VIAGEM PÃO DE AÇÚCAR
KG corrigido 4,23 4,46
Altura metacêntrica inicial corrigida GM0 (m) 0,83 20,39
Ângulo de alagamento Θf (º) 41,5 40,6
Braço de endireitamento máximo GZMAX (m) 0,39 4,20
Ângulo do braço de endireitamento máximo (°) 25,1 16,2
Passageiros no mesmo bordo
Ângulo de equilíbrio estático (°) 12,0 2,9
Área das curvas (A2/A1) 2,4 53,5
Guinada
Ângulo de equilíbrio estático (°) 3,0 0,4
Área das curvas (A2/A1) 33,5 9642,9
Vento
Ângulo de equilíbrio estático (°) 5,0 0,5
Área das curvas (A2/A1) 104,8 4486,7
Braços KN Braços de Endireitamento e Emborcamento
Embarcações de 1000 Passageiros – Características Principais
ASSENTOS PARA 291 PASSAGEIROS
680850300
51
0LIFE
 JAC
KETS
LIFE
 JAC
KETS
AIRCON
1m HIGH
AIRCON
1m HIGH
0123456789101112131516 141718192021222324252627282930313233TR
WTB
ASSENTOS PARA 354 PASSAGEIROS
0123456789101112131516 141718192021222324252627282930313233TR
WTB
LC
LC
WP
LC LB
PPAR
MN
PPAR MN
0123456789101112131516 141718192021222324252627282930313233TR
WTB WTB WTB WTB WTB
PPAR PPAV
PRAÇA DE MÁQUINAS BE
MÁQUINA DO LEME BE
ESPAÇO VAZIO BE N2 PIQUE DE VANTE BE N1
ESPAÇO VAZIO BE N3
ESPAÇO VAZIO BE N4
MN
WP
LB
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TANQUE
SÉPTICO N.7
BE
TANQUE DE
ÁGUA POTÁVEL
N.2 AV
TANQUE DE
ÓLEO DIESEL
N.1 BE
TANQUE DE
ÁGUA POTÁVEL
N.2 A RÉ
PPAV
PPAV
HARPIA (Austal 41 catamarã)
LPP: 38,43m B: 11,80m
D: 3,50m T: 1,80m 645 pass.
AB: 697 ∆: 195,4t KG: 4,62m
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
70 65 60
25
55 50 45 40 35 30 25 20 15 10
75 606570 50 4555 40 30 535 20 15 010
S
O
BE
S
O
BE
D
ES
C
E
BANHEIRO FEMININO
BANHEIRO MASCULINO
ÁREA PARA TRANSPORTE DE
CARGAS(CARGA MÁXIMA
ADMISSÍVEL= 3.5 t)
SANITÁRIO
D
ES
C
E
D
ES
C
E
D
ES
C
E
D
ES
C
E
VARANDA
ARMÁRIO C/
COLETES
SALVA VIDAS
ADULTO (316)
VARANDA
COMANDO
ARMÁRIO C/
COLETES
SALVA VIDAS
CRIANÇA (48)
ARMÁRIO C/
COLETES
SALVA VIDAS
ADULTO (78)
ARMÁRIO C/
COLETES
SALVA VIDAS
ADULTO (78)
ESPAÇO VAZIO ESPAÇO VAZIO PIQUE TQDE VANTE
PIQUE TQ DE RÉ
3
PISO TÁTIL
TQ. ÁGUA DOCE
1000
85
0
85
0
MCA
MCP
900
90
0
QEP ESPAÇO VAZIO
ITAIPU (Tradicional 1000 monocasco)
LPP: 40,64m B: 9,91m D: 3,25m T: 2,96m
1000 pass. AB: 367 ∆: 425,0 KG:3,78m
FURUNO
GÁVEA I (HC-10 catamarã)
LPP: 48,42m B: 14,20m D: 4,00m T: 1,71m
1300 pass. AB: 1129 ∆: 425,0t KG:5,34
Embarcações de 1000 Passageiros - Estabilidade
PARÂMETRO DE ESTABILIDADE HARPIA ITAIPÚ GÁVEA I
KG corrigido (m) 4,62 3,78 5,34
Altura metacêntrica inicial corr. GM0 (m) 14,73 2,04 18,30
Ângulo de alagamento Θf (º) 26,1 46,5 44,5
Braço de endireitamento máx GZMAX (m) 3,09 0,61 4,40
Ângulo do braço de endireit. máx (°) 16,0 21,0 15,3
Passageiros no bordo
Ângulo de equilíbrio est. (°) 3,5 8,0 3,8
Área das curvas (A2/A1) 23,7 6,9 32,2
Guinada
Ângulo de equilíbrio est. (°) 0,5 0,6 0,5
Área das curvas (A2/A1) 528,5 371,0 2826,3
Vento
Ângulo de equilíbrio est. (°) 0,9 0,9 0,5
Área das curvas (A2/A1) 1662,0 4049,7 2447,4
Embarcações de 500 Passageiros – Características Principais
35302520
TQ. DE ÁGUA DOCE
TQ
SÉPTICO
TQ RESÍDUO
OLEOSO
LC
COMP.
 CO2
GAIUTA
BANH. FEM.
s
656055504540151050
TQ.
SERV.O.D.
DIESEL
A. DOCE
LB
PPAR
68
LB
PPAV
COMP. DAS UNID.
DE PROP. SCHOTTEL
PRAÇA DE MÁQUINAS
PIQUE TANQUE DE
VANTE (COLISÃO)
ESPAÇO VAZIOESPAÇO VAZIO
ESPAÇO VAZIO
LB
BRIZAMAR
65605550454035302520151050
BRIZAMAR (Tradicional 500 monocasco)
LPP: 39,00m B: 10,00m D: 3,00m T: 1,44m
500 pass. AB: 463 ∆: 294,4t KG:1,45m
ILHA GRANDE (INACE-500 monocasco)
LPP: 52,00m B: 9,30m D: 3,20m T: 1,52m
500 pass. AB: 661 ∆: 349,5t KG: 3,21m
Pique de
Vante
Espaço Vazio 1Espaço Vazio 2Espaço Vazio 3Praça de Máquinas Compartimento de
Tanques AuxiliaresÁGUIA (FlyingCat40M catamarã)
LPP: 35,65m B: 12,00m D: 4,38m T: 1,75m
482 pass. AB: 659 ∆: 194,3t KG: 4,32m
Embarcações de 500 Passageiros - Estabilidade
PARÂMETRO DE ESTABILIDADE BRIZAMAR ILHA GRANDE ÁGUIA
KG corrigido (m) 3,50 3,21 4,32
Altura metac. inicial corrigida GM0 (m) 1,82 2,54 12,01
Ângulo de alagamento Θf (º) 70,1 34,1 40,0
Braço de endireitamento máx. GZMAX (m) 1,006 1,00 3,15
Ângulo do braço de endireit. máx. (°) 27,2 29,5 17,0
Passageiros no mesmo bordo
Ângulo de equilíbrio est. (°) 9,36 6,0 2,50
Área das curvas (A2/A1) 8,48 3,93 100,50
Guinada
Ângulo de equilíbrio est. (°) 0,48 0,28 1,30
Área das curvas (A2/A1) 914 804 408
Vento
Ângulo de equilíbrio est. (°) 2,93 0,18 0,25
Área das curvas (A2/A1) 21,7 257 673
Embarcações Menores – Características Principais
292827262524232220 2119181716151412 1311109876543210
292827262524232220 2119181716151412 1311109876543210
APOLO I (MC-25 catamarã)
LPP: 27,80m B: 9,60m D: 3,80m T: 1,52m
237 pass. AB: 321 ∆: 119,2t KG: 3,22m
CL
LB
WLP
4
1
5
7
5
JUMBO CAT II (FlyingCat M2 catamarã)
LPP: 36,10m B: 10,10m D: 3,97m T: 1,61m
475 pass. AB: 478 ∆: 156,1t KG: 4.16m
Embarcações Menores – Estabilidade
PARÂMETRO APOLO I JUMBO CAT II
KG corrigido (m) 3,215 4,161
Altura metac. inicial corrigida GM0 (m) 9,773 7,439
Ângulo de alagamento Θf (º) 41,9 54,7
Braço de endireitamento máx. GZMAX (m) 2,566 2,195
Ângulo do braço de endireit. máx. (°) 19,18 20,0
Passageiros no mesmo 
bordo
Ângulo de equilíbrio est. (°) 2,95 3,30
Área das curvas (A2/A1) 76,2 64,6
Guinada
Ângulo de equilíbrio est. (°) 1,60 2,45
Área das curvas (A2/A1) 287,5 135,3
Vento
Ângulo de equilíbrio est. (°) 2,65 1,95
Área das curvas (A2/A1) 100,3 234,7
Comparação da Estabilidade
CRITÉRIO ÁREA 1 ÁREA 2 MONOCASCOS CATAMARÃS
Altura metacêntrica inicial GM0 ≥ 0,35m 0,83 a 2,04m
2 a 6 X
7,44 a 20,39m
21 a 58 X
Ângulo de alagamento θf ≥ 25° ≥ 30° 34,1 a 46,5°
1,1 a 1,6 X
*26,1 a 54,7°
1,0 a 1,8 X
Braço de endireitamento máximo GZmax ≥ 0,10m ≥ 0,15m 0,39 a 1,01m
2,6 a 6,7 X
2,20 a 4,40m
14 a 29 X
Ângulo do braço máximo - - 23 a 29° 16 a 19°
Ângulo de equilíbrio pass. no bordo θ1 ≤ 15° ≤ 12° 6 a 12°
50 a 100%
2,5 a 3,8°
24 a 31%
Razão de áreas pass. no bordo A2/A1 ≥ 1,0 ≥ 1,2 2,4 a 8,5
2 a 7 X
23,7 a 100,5
20 a 80 X
Tomando por base NORMAM-02
*Embarcação destinada exclusivamente à Area 1.
Comparações X tomando por base a Área 2.
Comparação da Estabilidade
• O KG carregado das embarcações com 1 convés de passageiros variando 
entre 0,99 e 1,16 do pontal (todas monocascos), contra 0,82 e 1,34 nas 
embarcações com 2 conveses (todos os catamarãs e 2 monocascos).
• Para as embarcações analisadas, a estabilidade intacta dos catamarãs é 
de 3 a 10 vezes maior que a estabilidade dos monocascos.
• O único parâmetro de atenção nos catamarãs é o ângulo de 
alagamento, que independe da posição vertical do centro de gravidade.
Movimentação do centro de carena a medida em que a embarcação se inclina
Exigência de Nova Prova de Inclinação
• Exigência estatutária (NORMAM-02 0318/0319) de nova prova de 
inclinação após alteração
‒ Se AB < 500 e ΔPesoleve > 2%
‒ Se AB > 500, ΔLCG > 1%LPP ou ΔPesoleve > 3%
• Embarcações de passageiros costumam ter AB elevado, quando 
comparadas a embarcações de carga.
• Na prática esta verificação é frequentemente solicitada por 
ocasião da renovação do CSN ou na substituição de chapeamento 
corroído.
• Havendo esta diferença há a exigência da elaboração de nova 
prova de inclinação e Folheto de Trim e Estabilidade.
Imprecisão na Medição do Deslocamento Leve
EMBARCAÇÃO CASCO AB
Pesoleve
(t)
Tequiv
(m)
TPC
(t/cm)
∆Pesoleve
(t)
∆T 
(cm)
BOA VIAGEM MONO 1006 463 1,73 3,65 13,9 3,8
PÃO DE AÇUCAR CAT 1999 414 1,31 5,19 12,4 2,4
HARPIA CAT 697 133 1,34 2,00 3,4 1,7
ITAIPÚ MONO 367 310 1,55 3,80 6,2 1,6
GÁVEA I CAT 1129 212 1,17 2,47 6,4 2,6
BRIZAMAR MONO 463 229 1,17 2,45 4,6 1,9
ÁGUIA CAT 661 219 1,14 3,12 6,6 2,1
ILHA GRANDE MONO 659 135 1,29 1,55 4,1 2,6
APOLO I CAT 321 88 1,30 1,25 1,8 1,4
JUMBO CAT II CAT 482 102 1,28 1,36 2,0 1,5
Precisão necessária na medição de calados para não haver nova prova de inclinação
Nos catamarãs (que apresentam elevadíssima estabilidade) a precisão
requerida na medição de calados, para não haver nova prova de
inclinação, é da ordem de 1,4 a 2,6cm (nem com caladômetro chegamos
neste nível de precisão).
Dificuldade na Utilização de Pesos na Prova de Inclinação
• As embarcações não possuem tanques de lastro.
• Os espaços vazios (“void spaces”) existentes muitas vezes contém
equipamentos elétricos no seu interior, e apresentam costados curvos.
• A única opção é a utilização de pesos.
EMBARCAÇÃO
x
(m)
Δ LEVE
(t)
GM LEVE (m)
P p/ θ=3⁰
(t)
GÁVEA I 13,20 210 a 214 26,24 21.8
APOLO I 8,60 88 a 95 11,70 a 12,88 6.3 a 7.4
JUMBO CAT II 9,10 101 a 106 10,26 6.0 a 6.3
HARPIA 10,80 133 19,63 12.7
PÃO DE AÇUCAR 13,80 414 26,97 42.3
Peso necessário em cada bordo dos 
catamarãs para inclinação de 3°
𝑃 =
∆. 𝐺𝑀. sin 𝜃
𝑥
Procedimentos Necessários
• Procedimentos para diminuir as incertezas e viabilizar a prova nos
catamarãs :
‒ Leitura de calados em dique protegido de efeitos de marola.
Mesmo assim, se a leitura de calados inicial (feita na época da
construção), não foi feita em dique em condições similares, o erro
na comparação do peso leve persistirá.
‒ Utilização de peso flexível de água (bags),
possivelmente mediante a retirada das
poltronas do convés, e fazendo-se a
transferência da água de um bag para outro
através de bombas.
• Levando-se em consideração todo o esforço financeiro, tempo da
embarcação fora de operação, gasto de HH de produção e de
engenharia, a imprecisão dos resultados e o excesso de estabilidade
apresentado em embarcações deste tipo, a dúvida persiste :
COMPENSA ?
João Henrique VOLPINI Mattos
Engenheiro Naval – CCR Barcas
(21) 98132-6927
joao.volpini.mattos@gmail.com