Aula 2 Efeitos do Alagamento

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Arquitetura Naval e Offshore
Efeitos do Alagamento 
Compartimentação
 Todos os tipos de navios e embarcações estão sujeitos ao risco de afundarem se perderem a sua estanqueidade devido a colisão, encalhe ou acidente interno (explosão, por exemplo).
Estes acontecimentos são suficientemente frequentes para que seja necessário tomar medidas para proteger o navio contra os efeitos de alagamentos acidentais.
Compartimentação
O método mais eficaz de proteção contra este problema consiste na subdivisão do espaço interno do navio por meio de:
Anteparas transversais.
Anteparas longitudinais.
Duplos-fundos ou conveses estanques.
No final do século XIX as sociedades classificadoras estabeleceram regras empíricas para a instalação de anteparas em navios mercantes (surgem os piques tanques de ré e vante, espaços de máquinas e espaços de carga).
O interesse nesta área foi constante durante todo o final do século XIX e princípio do século XX, estimulado por acidentes como o do Titanic.
Efeitos do Alagamento
As principais consequências de um alagamento podem ser:
Mudança do calado como resultado da perda de flutuabilidade. O novo equilíbrio será encontrado quando o deslocamento da parte intacta for igual ao deslocamento anterior a avaria menos o peso de algum líquido ou carga que eventualmente tenha vazado.
Mudança do trim, até que o novo centro de carena se encontre no mesmo plano transversal-vertical que passe pelo centro de gravidade da embarcação. 
Ocorrência de banda. O navio tomará uma banda no caso da avaria causar alagamento desigual bordo a bordo, de tal maneira que seu novo centro de carena se encontre no mesmo plano vertical longitudinal do centro de gravidade. 
Mudança na estabilidade. A inundação causa mudança da posição vertical do centro de flutuação bem como no momento de inércia da área de flutuação, mudando dessa maneira respectivamente KB e BM. 
Efeitos do Alagamento
Mudança da Borda Livre. Uma avaria sempre é acompanhada de uma redução da borda livre da embarcação. Dessa maneira fica reduzida a região de braços de endireitamento positivos. Quanto maior a borda livre antes da avaria menos drástica será a sua diminuição com a avaria. 
Perda do Navio. Quando as mudanças do calado do trim e da banda necessárias para o restabelecimento da condição de equilíbrio são tais que provocam a inundação das partes não estanques do casco, passa a existir um alagamento progressivo que termina por afundar o navio. 
Efeitos do Alagamento
Ou seja, um alagamento sempre resultará em:
Perda de flutuabilidade e trim excessivo
Perda de estabilidade transversal e consequente emborcamento
Tipos de Alagamentos
Tipos de Alagamentos
Pode subdividir-se os compartimentos alagados de um navio em dois tipos básicos no que diz respeito à comunicação com o mar:
Compartimentos sem comunicação livre com o mar (tipo 1).
Compartimentos com comunicação livre com o mar (tipo 2).
Os compartimentos destas duas categorias podem ainda pertencer a uma de duas categorias no que diz respeito ao seu extremo superior:
Compartimentos que são fechados no topo e que estão completamente cheios de água (tipo A).
Compartimentos que são abertos no topo ou estão parcialmente cheios (Tipo B).
Tipos de Alagamentos
No primeiro caso a superfície da água no compartimento não pode mudar de posição devido à presença de um pavimento estanque que limita verticalmente o compartimento.
No segundo caso nada impede que a superfície da água dentro do compartimento mude de posição como consequência da alteração da posição de equilíbrio do navio.
Os alagamentos mais seguros são aqueles dos tipos 1A e 2A, pois correspondem a casos em que a progressão do alagamento foi controlada.
Os alagamentos mais perigoso são o 1B e mais ainda o 2B, pois além de apresentar superfície, a quantidade de água altera-se constantemente pois à medida que o navio muda de posição o nível interior da água acompanha o nível exterior.
Extensão da Avaria
A prática tem demonstrado que as avarias quando muito extensas não são profundas e vice-versa, o que permite que uma subdivisão conduzida com critério reduza fortemente o risco de perda da embarcação. 
A internacional SOLAS efetuou uma análise estatística dos dados disponíveis de colisões e avarias em linhas gerais concluiu o seguinte: Avarias existem na mais ampla gama de variações. Seus comprimentos vão desde 1 metro até 30 metros. Grande parte das colisões de baixa energia não chegam a afetar o casco abaixo da linha d'água. As colisões mais profundas são resultado de colisões a 90 graus e tem extensão entre 6 e 15 metros. 
Em função do estudo das avarias já ocorridas, as sociedades classificadoras estabelecem avarias padrão para as quais um determinado tipo de navio deve resistir. Essas avarias padrão determinam o tamanho e a profundidade da avaria. 
Permeabilidade 	
Nem todo o volume de um compartimento de um navio é alagável, uma vez que os compartimentos se encontram geralmente preenchidos com carga ou máquinas.
A permeabilidade de um espaço (μ) é determinado pela razão de volume que este espaço pode ser ocupada por água. A permeabilidade é expressa normalmente em percentagem. 
Espaços para passageiros e tripulantes 95%
Espaços de máquinas 85%
Espaços de carga 60%
Tanques de serviços 0 a 95%
Pode também acontecer do ar contido num compartimento não poder escapar, o que causa a formação de uma superfície livre e o aprisionamento do ar no topo do compartimento alagado, chamando-se a este fenômeno pocketing.
Métodos para Calcular os Efeitos do Alagamento
O cálculo dos efeitos do alagamento de um ou mais compartimentos pode ser feito de acordo com um dos métodos seguintes:
Método de adição de peso 
Método da Perda de Flutuabilidade
No Método de adição de peso a água proveniente do alagamento é tratada como um peso acrescentado (embarque de peso), devendo sempre levar em conta a presença de superfície livre.
No Método da Perda de Flutuabilidade a água proveniente do alagamento e o próprio compartimento alagado são tratados como não pertencendo ao navio, isto é, como se esse compartimento deixasse de pertencer ao navio, originando uma perda de flutuabilidade.
Métodos para Calcular os Efeitos do Alagamento
Ambos os métodos podem ser aplicados ao cálculo da posição de equilíbrio do navio após um alagamento de qualquer dos tipos.
Para compartimentos sem comunicação com o mar, mas alagados, é mais correto, fisicamente, usar o método da adição de peso, pois a quantidade de água mantém-se constante e comporta-se como pertencente ao navio.
Para determinar os efeitos de um alagamento com água aberta é mais correto, fisicamente, utilizar o método da perda de flutuabilidade pois a água embarcada comporta-se como não pertencendo ao navio, podendo a sua quantidade variar conforme os movimentos do navio.
Método da Perda de Flutuabilidade 
Neste método, o compartimento alagado, ou compartimentos alagados, é tomado como uma perda de flutuação no navio (equivalente ao compartimento deixar de pertencer ao navio). O deslocamento e centro de gravidade do navio permanecem constantes.
O método consiste em:
Calcular o novo calado do navio após o alagamento, sem considerar o trim ou o adernamento.
Recalcular a posição do centro de carena do navio, ainda sem rotações.
Calcular o adernamento resultante da nova posição transversal do centro de carena, tendo em conta que o centro de gravidade permanece fixo.
Finalmente, calcula-se o trim resultante da nova posição longitudinal do centro de carena, tendo em conta que o centro de gravidade permanece fixo.
Calculam-se então os calados finais do navio.
Determinação do calado médio final
Parâmetros sem sub-índice referem-se a posição inicial antes da avaria. Sub-índice 1 refere-se a posição avariada onde a embarcação sofreu apenas afundamento paralelo e assim por diante para cada posição intermediária assumida no transcorrer dos cálculos. 
Volume de flutuação ganha:onde,
H1 = calado depois da avaria
H = calado antes da avaria
A = área média entre a linha d’água antes da avaria e depois da avaria
a = área média do compartimento avariado entre a linha d’água antes da avaria e depois da avaria
μs = Permeabilidade da superfície média de a 
Volume de flutuação perdida: onde,
V1 = Volume dentro dos limites alagados, limitado superiormente pela linha d'água antes da avaria. 
μ , Permeabilidade média de V1, incluindo qualquer flutuabilidade intacta. 
Determinação do calado médio final
Como a flutuabilidade perdida deve ser igual a flutuabilidade ganha:
			
Determinação da nova altura metacêntrica transversal
Determinação da nova altura metacêntrica transversal
Determinação da nova altura metacêntrica transversal
Determinação da nova altura metacêntrica transversal
Determinação da nova altura metacêntrica transversal
Altura metacêntrica longitudinal depois da avaria
A altura metacêntrica longitudinal é determinada da mesma maneira que a transversal, chegando-se a: 
Determinação da inclinação transversal 
O deslocamento transversal de B, ilustrado a seguir, pode ser calculado por: 
Onde:
rg: distância transversal do centro de gravidade de V1 ao plano de linha de centro. 
qg : distância transversal do centro da flutuabilidade ganha até a linha de centro.
Neste caso o momento de inclinação 
é dado por: 
 
Determinação da inclinação transversal 
Determinação da inclinação transversal 
O calado no bordo avariado valerá:
O calado no bordo não avariado valerá:
Cálculo dos Calados a Vante e a Ré
Para inclinações longitudinais sem afundamento da proa ou da popa podemos dizer que:
Ficando com calado avante e calado aré igual a:
(+) para trim pela proa
(-) para trim pela popa
(-) para trim pela proa
(+) para trim pela popa
LCF quando avante da meia nau é negativo e quando aré é positivo
Exemplo
Considere um navio em forma de caixa de 150 m de comprimento, 50 m de boca e 15 m de pontal, calando 10 m ao longo de todo seu comprimento. O navio flutua em água salgada e tem centro de gravidade no plano de simetria situado numa altura de 12,5 m em relação ao plano de base. A subdivisão é definida por uma antepara longitudinal ao longo da linha de centro, e anteparas transversais separadas de 50 m. μs =μ=1