No transporte marítimo moderno é cada vez mais importante minimizar o tempo de permanência do navio no porto e assegurar que os terminais portuários estão operacionais durante praticamente todos os dias do ano. Estes requisitos estão intimamente relacionados com o comportamento do navio amarrado no cais, nomeadamente com a amplitude dos seus movimentos e com a grandeza das forças aplicadas nos elementos do sistema de amarração.A presente dissertação centra-se na análise da interacção dos navios com os dispositivos de acostagem e de amarração, sendo dada particular atenção ao estudo em modelo físico do comportamento de navios amarrados em portos. O Posto 'A' do Terminal de Petroleiros do Porto de Leixões foi o caso de estudo analisado. Embora não existam relatos de acidentes que tenham originado consequências muito graves a nível económico, ambiental e humano, por vezes, os navios amarrados nesse posto, experimentam movimentos de grande amplitude, que podem conduzir a situações de inoperacionalidade, mas também à rotura de alguns cabos de amarração do navio.O estudo experimental foi subdividido em duas fases: na primeira foi testado um modelo simplificado do Posto 'A' e da sua envolvente, enquanto para a segunda foi construído um modelo que procurava reproduzir, com maior rigor, as características do protótipo, e que incluía as obras de abrigo do porto e as praias existentes na sua proximidade. O estudo permitiu compreender melhor a influência de alguns fenómenos nos problemas operacionais do Posto 'A', analisar a eficácia de algumas intervenções nesse posto de acostagem, apresentar novas perspectivas de investigação no que diz respeito ao estudo desse tipo de problemas, bem como obter uma quantidade significativa de resultados experimentais. Alguns desses resultados encontram-se a ser utilizados no desenvolvimento, no melhoramento e na verificação de modelos numéricos de simulação do comportamento de navios amarrados (em portos).O trabalho experimental realizado permitiu realçar a importância da reprodução do carácter irregular da agitação marítima nos estudos em que se pretende avaliar o comportamento de navios amarrados, pois a utilização de agitação regular conduz a uma significativa subavaliação da resposta do navio no plano horizontal. A substituição do layout de amarração mais frequente no Posto 'A' por um layout simétrico tem pouca influência no comportamento do navio amarrado. Importa acrescentar que os dois layouts estudados diferiram, apenas, no posicionamento de um cabo de amarração duplo. Além disso, pôde constatar-se que a profundidade de água junto ao cais e, portanto, a folga sob a quilha do navio, têm uma grande influência no comportamento de um navio amarrado.O aumento das forças de pré-tensão aplicadas nos traveses permite que o navio esteja em contacto com as defensas durante mais tempo e, naturalmente, tirar maior partido das forças de atrito desenvolvidas nessa interface, na redução da amplitude dos movimentos do navio. A utilização de defensas com um coeficiente de atrito elevado na interface com o navio constitui uma solução alternativa para aumentar a grandeza dessas forças de atrito, e permite melhorar a eficácia de um eventual aumento das forças de pré-tensão aplicadas nos traveses do navio. O grau de abrigo do Posto 'A' para as diferentes condições de agitação marítima reproduzidas no estudo experimental foi também analisado, tendo sido discutidos os comportamentos (distintos) das ondas de curto e de longo períodos no modelo físico. Importa frisar que apesar de o trabalho desenvolvido não apresentar uma resposta definitiva para todos os problemas do Posto 'A', pretende contribuir para uma melhor compreensão dos mesmos. As soluções mais promissoras podem permitir a melhoria das condições operacionais e de segurança desse posto. / In modern maritime transport it is increasingly important to minimize the time during which the ship stays in the port and to assure that port terminals are operational during almost every days of the year. These requirements are closely related to the behaviour of the moored ship at the berth, namely the amplitude of its motions and the magnitude of the forces applied on the elements of the mooring system.This dissertation focuses on the analysis of the interactions between the ships and the elements of the berthing and mooring systems, giving a particular attention to physical model studies of the behaviour of moored ships in harbours. The Berth 'A' Oil Terminal of the Port of Leixões is the analyzed case study. Although there are no reports of accidents which have resulted in very serious consequences at economical, environmental or human levels, sometimes the ships moored at that berth experience long amplitude motions, which can lead to downtime, but also to the breakage of some mooring lines.The experimental study was subdivided in two phases: in the first one, a simplified physical model of Berth 'A' and its surroundings was tested; the model built for the second phase intended to reproduce with more detail the characteristics of the prototype, and included the harbour breakwaters and nearby beaches. The study carried out allowed a better understanding of the influence of some phenomena in the operational problems of Berth 'A', the analysis of the efficacy of some interventions in this berth, the presentation of new perspectives for further research on those issues, as well as the gathering of a significant amount of experimental results. Some of those results are being used in the development, improvement and verification of numerical models for the simulation of the behaviour of moored ships (in harbours).The experimental work carried out allowed to stress the importance of reproducing the irregular nature of real sea states in the studies in which it is intended to evaluate the behaviour of moored ships, since the use of regular waves leads to a significant underestimation of the horizontal response of the moored ship. The introduction of some modifications in the mooring layout more frequently used at Berth "A" (asymmetrical) had only a slight influence in the moored ship response. It is important to mention that the two studied layouts differed only in the position of one double mooring line. Furthermore, it was concluded that the water depth near the berth, and hence the ship underkeel clearance, have an important influence on the behaviour of the moored ship.The increase of the pre-tension forces applied on the breast lines allows the ship to be in contact with the fenders for a longer period of time and, therefore, to take a better advantage of the frictional forces developed at that interface, in the reduction of the amplitude of the ship's motions. The use of fenders having a high friction coefficient at the interface with the ship is an alternative solution to increase the magnitude of those frictional forces, and additionally improves the efficacy of any increase of the pretension forces applied on the mooring lines. The shelter provided by the Leixões North breakwater to Berth "A" was analysed for the wave conditions reproduced in the experimental study, as well as the (different) behaviours of the short and long period waves during their propagation to that area of the physical model. It is important to clarify that although this work does not provide a definitive answer to all problems of Berth 'A', it aims to contribute to a better understanding of them. The most promising solutions may contribute to the improvement of the operational and security conditions at the Leixões Oil Terminal.KEYWORDS: behaviour of moored ships, operational conditions, berthing structures, mooring systems, fenders, physical modelling, long period waves.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:up.pt/oai:repositorio-aberto.up.pt:10216/68571 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Paulo Santos |
| Contributors | Faculdade de Engenharia |
| Source Sets | Universidade do Porto |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | openAccess, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ |
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