O documento discute o comportamento estrutural de navios sob flexão e flambagem. Aborda a distribuição de massa e empuxo em navios, os tipos de carregamentos que afetam a estrutura e como isso gera esforços de flexão e tensões. Também explica os conceitos de flambagem em placas e painéis estruturais, considerando imperfeições geométricas e diferentes configurações de carga.

1. Comportamento estrutural de
navios sobre Flexão e Flambagem

3. • A estrutura do casco de um navio deve ser
projetada e construída para suportar os mais
severos carregamentos previstos durante a
sua vida útil. Deve ser segura ppaarraa aattrriippuullaaççããoo,,
meio-ambiente e cargas transportadas.

5. Curva de distribuição de pesos e de flutuação da viga
navio

6. • Uma primeira tentativa de prever a resistência
última de navios e apresentar suposições
sobre o momento fletor máximo que uma
estrutura de navio pode aattiinnggiirr.. CCoomm iissssoo,, eellee
já havia definido os dois casos extremos de
carga como "tosamento e alquebramento”

7. • Quando um navio flutua em águas tranquilas,
está submetido às forças verticais de empuxo
que são iguais a soma do peso do navio. No
entanto, estas forças ssããoo ddeessbbaallaanncceeaaddaass aaoo
longo do comprimento do navio. Esta
desigualdade na distribuição do empuxo e
pesos a bordo resulta em esforços cortantes e
momentos fletores atuando na estrutura do
casco.

8. • A mesma discussão para o navio em águas
tranquilas é válida para o navio em ondas.
Neste caso, a distribuição de pesos mantém-se
inalterada, porém, como aa ssuuppeerrffíícciiee ddaa áágguuaa
já não é plana devido às ondas, a distribuição
do empuxo ao longo do navio se altera. A
modificação da flutuação acarreta
modificação nas forças cortantes e momentos
fletores que agem na estrutura do navio.

9. Distribuição de Massa e Empuxo para navio em ondas

10. • A estrutura do navio sob forças oriundas de
seu próprio peso, do empuxo e da dinâmica
do mar, flete como uma viga. Os
carregamentos críticos ooccoorrrreemm ppaarraa oonnddaass
com comprimento próximo ao do navio. No
instante em que uma crista está na popa e
uma outra crista está na proa,
consequentemente o cavado vai estar a meia-nau.

11. • ocorre uma redução de empuxo a meia-nau e
uma elevação na popa e na proa. O momento
resultante é denominado “tosamento”,
quando os elementos estruturais lloonnggiittuuddiinnaaiiss
do convés (acima da linha neutra) são
comprimidos e os do fundo (abaixo da linha
neutra) tracionados.

12. • no instante em que a crista está a meia-nau e
o cavado na popa e proa, provoca o efeito
inverso: elevação de empuxo a meia-nau e
uma redução na ppooppaa ee nnaa pprrooaa.. OO mmoommeennttoo
resultante é denominado “alquebramento”,
quando os elementos estruturais longitudinais
do convés estão tracionados e os do fundo
estão comprimidos.

14. • O navio ao fletir, por alquebramento ou
tosamento, deverá ter elementos estruturais
com dimensões adequadas, distribuídos ao
longo de seu comprimento, a fim de garantir a
resistência e a estabilidade estrutural do casco.
Em navios tanque, os pprriinncciippaaiiss eelleemmeennttooss
estruturais responsáveis por resistir a este
carregamento são os painéis enrijecidos que
compõem os conveses, costados, costado
duplo, fundo, teto do duplo fundo e anteparas
longitudinais.

15. • Devido à complexidade dessa estrutura e do
estado de deformação resultante dos esforços,
admite-se, para efeito de estudo, que o estado
de tensão pode ser reproduzido pela
superposição de três ppaarrcceellaass,, aa ssaabbeerr:: aass
tensões primárias, induzidas pelo estado de
deformação longitudinal do casco; as tensões
secundárias que fletem os painéis entre
anteparas e as tensões terciárias, produzidas
pela curvatura das placas entre reforços.

16. • Evidentemente, as dimensões dos membros
dos painéis devem ser suficientes para resistir
à superposição destas três tensões, além de
incluir as tolerâncias ddee ccoorrrroossããoo.. UUmmaa ffaallhhaa
local de algum membro pode levar ao
comprometimento de outros membros
adjacentes e, em última instância, ao colapso
da viga-navio. Este fenômeno caracteriza um
colapso progressivo da estrutura.

17. Influências das Imperfeições geométricas
• As estruturas oceânicas são constituídas
basicamente de painéis enrijecidos de aço, cujo
método de fabricação envolve procedimentos de
corte, conformação e soldagem. O
comportamento de painéis eennrriijjeecciiddooss ssoobb ccaarrggaass
compressivas é relativamente complexo devido
ao grande número de materiais, parâmetros de
carga e combinações estruturais. O problema fica
mais complicado devido às incertezas
relacionadas às imperfeições de fabricação.

19. Flambagem
• A flambagem em uma placa estável ocorre
quando uma carga comprime o chapeamento
de um painel e esta carga impõe uma situação
iinnssttáávveell nnaa ppllaaccaa..

23. • Ao flambar a chapa (Flambagem) deve se
verificar se o reforço também vai flambar
(Pós-Flambagem); quando isto ocorre se pode
dizer que a estrutura ppooddee eennttrraarr eemm ccoollaappssoo..
Antes de mencionar a flambagem elástica e
plástica veremos a formulação matemática
que nos permite seu estudo.

24. Flambagem em placas planas
• Ao determinar a tensão crítica de flambagem
devemos levar em conta que a placa pode
flambar por ambos os lados. O carregamento
imposto na placa pode estar na direção
longitudinal, transversal ou cisalhante aa ppllaaccaa,,
alem de outras forças como momentos que
podem estar aplicadas na placa, cargas de
compressão perpendicular à placa, no caso da
pressão hidrostática e da carga transportada
em navios devem-se considerar na verificação.

25. Flambagem de placas sobre carregamento
longitudinal de compressão
• Antes de verificar a tensão crítica de flambem
na placa devemos identificar em qual das
direções os carregamentos eemm rreellaaççããoo aaoo
lados da placa estão aplicados.Neste caso
vamos considerar o carregamento longitudinal
ao lado b e comprimindo o lado a da placa .

27. Flambagem de placas sobre carregamento
transversal de compressão
• considerar o carregamento transversal e
comprimindo o lado b da placa; e longitudinal
ao lado.

28. Flambagem de placas sobre carregamento
cisalhante
• A tensão esta aplicada cisalhante ao plano no
lado b ou a da placa.

29. Biaxial compressão e cisalhamento
• A placa se encontra comprimida por ambos os
lados, além da tensão cisalhante sobre a
placa.

31. Flambagem em placas planas com reforço
• O reforço pode flambar prematuramente, por
insuficiente a rígidez ou estabilidade.
• Outra forma é que uma vez que o
chapeamento flambe entre rreeffoorrççooss,, eessttee
possa sobrecarregar os mesmos, de tal forma
que estes flambam de modo semelhante às
colunas. A Flambagem do reforço é chamada
como Pós-Flambagem ou última Flambagem.

34. Flambagem do reforço sobre compressões
longitudinais

35. Flambagem torcional do reforço

37. Distribuição das Cargas
Classificação das cargas que a estrutura vai
sofrer:
• Cargas Longitudinais
•• CCaarrggaass TTrraannssvveerrssaaiiss
• Cargas Locais

39. • A estrutura a ser avaliada é o painel como
estrutura local. Primeiramente um estudo só
do chapeamento entre reforços (placa), e em
segundo lugar, com acréscimo ddoo rreeffoorrççaaddoorr..

40. Forças Longitudinais
• As forças longitudinais são as forças que
atuam na estrutura primária (viga navio); e
estas são o momento fletor, força cisalhante e
momento torcional. Esta última carga, por
exemplo, se aplica no caso ddee nnaavviiooss ppoorrttaa
contentores devido à carga que transportam.
• Estas forças se originam basicamente pelas
ondas que a estrutura flutuante vai encontrar
no mar.

41. Forças Transversais
• As forças transversais são a pressão
hidrostática e as forças internas devido ao
carregamento da carga a ser transportada.

42. Forças Locais
• As forças locais são aquelas que se originam
das forças aplicadas à estrutura primária e por
conseqüência da secundária, que por último
são aplicadas na estrutura tteerrcciiáárriiaa ((PPaaiinneell))..