O documento discute conceitos estruturais de navios, incluindo: 1) O cálculo de esforços em navios considerando o casco como uma viga rígida sujeita a ondas; 2) A distribuição de peso do navio gera tensões primárias de cisalhamento na estrutura; 3) É importante avaliar a distribuição de esforços cortantes na seção transversal para dimensionar adequadamente as paredes delgadas.

1. RESISTÊNCIA ESTRUTURAL

2. Critério de Resistência
O cálculo de esforços solicitantes, momento
fletor e força cortante, em um navio em
ondas é uma das importantes etapas ou do
projeto ou da análise da estrutura de
embarcações. Para esse propósito a
embarcação é considerada como sendo um
corpo rígido, com ddiissttrriibbuuiiççããoo ddee ppeessooss
equilibrada pela distribuição de empuxo ao
longo do eixo longitudinal do casco,
gerando-se assim a curva de cargas da viga
navio em equilíbrio livre.

3. • A maior parcela do esforço do projetista neste
procedimento está no cálculo da posição de
equilíbrio da embarcação, posição esta que
depende da geometria ddoo vvoolluummee iimmeerrssoo ddoo
casco.
• Esse cálculo é geralmente feito com o auxílio
de aplicativos computacionais específicos para
estruturas navais que, por suas naturezas.

4. • De forma geral, quando se refere à estrutura de um
navio nos estágios iniciais do projeto, é comum
associá-la com uma viga, conhecida como viga navio e
representada por uma viga caixão. Esta deverá ser
constituída por materiais resistentes e dimensões
adequadas com o propósito de garantir uma
resistência estrutural adequada ddoo ccaassccoo ffrreennttee ààss
diferentes forças e momentos que agirão sobre ela e
que são consideradas na teoria de vigas: forças
cortantes verticais, momentos fletores longitudinais
nos planos verticais e horizontais, assim como os
momentos de torção.

5. Viga caixão

6. • As tensões e deformações são produtos de três
classes de solicitações no navio: uma corresponde à
flexão da viga navio, considerando este como uma
viga que deforma como um todo dando lugar à
deformação primária. A partir desta, a deformação
secundária fica sendo constituída pela flexão dos
painéis entre anteparas e limitados ppeellooss ccoossttaaddooss
do navio, que experimentam flexão juntamente
com os enrijecedores da grelha (longitudinais entre
elementos transversais adjacentes). Por último, a
partir da deformação secundária, está a
deformação terciária, constituída pela flexão do
chapeamento, que está limitado por duas hastilhas
e duas longarinas adjacentes.

7. • Em essência, a viga navio está constituída por
elementos considerados como contínuos quando
comparados com o comprimento do navio, convés e
estrutura do fundo formariam os flanges da viga e
chapeamento de costado, e anteparas longitudinais
entre outros elementos rígidos formarão a alma da
citada viga. Apesar do caráter nnããoo pprriissmmááttiiccoo ddaa vviiggaa
navio, a simples consideração do navio como uma viga
caixão é uma prática muito usada para avaliar os
esforços de primeira ordem em todo o comprimento.
Para poder avaliar o navio como uma viga caixão
prismática dentro da teoria de vigas simples as
seguintes suposições são feitas:

8. Navio em águas tranquilas

9. Condições de águas tranqüila

10. Distribuição de peso do navio

12. Distribuição de Cargas x Empuxo
em condições ddee áágguuaass ttrraannqquuiillaa

13. Distribuição uniforme da carga

14. A distribuição de cargas
provoca um alquebramento

15. A distribuição de cargas provoca um
tosamento no navio

16. Alquebramento

17. Tosamento

18. Tensão
• Tensões primárias de Cisalhamento
• Os esforços cortantes em uma secção de viga
causam uma ação de deslocamento ou
escorregamento sobre o plano normal ao eixo da
viga, contrária à deflexão resultante dos
momentos fletores. Normalmente, a deflexão
gerada pelos cortantes é desprezada, pois ela
representa uma porcentagem muito menor
quando comparada a deflexão total. A deflexão
devida ao esforço cortante depende na totalidade
de sua distribuição através da secção e do seu
valor (τ ).

19. • Na Figura 2-4 pode se apreciar que a deflexão
gerada pela ação dos esforços cortantes
incrementa linearmente com o comprimento da
viga, enquanto a deflexão por flexão simples
evolui com a terceira potência do comprimento
da viga. É por isto que a deflexão por cortante
não é considerada relevante, exceto aquelas
situações de comprimentos muito curtos onde a
deflexão por flexão cai para valores muito
menores e são as forças cortantes que
apresentam valores maiores.

20. Figura 2-4 Comparação da deflexão causada pelos cortantes e pelos
momentos fletores numa viga engastada com carga pontual e de
dimensões meias.

21. • Na viga navio, como em qualquer viga
carregada com forças verticais transversais,
existe uma força cortante (V) agindo na secção
transversal. Em vviiggaass ccaaiixxããoo ddee ppaarreeddee
delgada é importante conhecer como ela é
distribuída na secção para determinar a
espessura das paredes adequadamente.

22. • Navios comerciais de águas profundas
apresentam tipicamente bocas numa faixa de 1/8
a 1/6 do seu comprimento; igualmente, sua
relação entre o comprimento e o pontal pode
estar na ordem de 9 a 15. Em uma viga com
secção transversal retangular sólida que
apresente estas dimensões, pode-se desprezar os
esforços cortantes transversais, já que a
magnitude deles é mínima quando comparados
aos grandes esforços de compressão e tração
desenvolvidos pela flexão simples.

23. • Mas em navios com seções abertas ou
fechadas, é importante avaliar estes esforços
em determinadas regiões, mesmo que
estejam dentro ddaass ddiimmeennssõõeess aanntteess
comentadas, considerando que em projetos
não bem dimensionados podem ocorrer
máximos esforços cortantes em chapeamento
de costado ou anteparas longitudinais,
gerando assim instabilidades estruturais.

24. • Considerando a teoria elementar de vigas e
avaliando na Figura 2-5 (a) uma viga caixão de
paredes delgadas, que apresenta um corte de
comprimento dx e está ssuubbmmeettiiddaa aa uummaa ffoorrççaa
vertical cortante Q. Pode-se ver que, existindo
variação de momentos M, ao longo do
comprimento da secção, existirão também ao
longo da secção transversal, tensões de
cisalhamento τ , como visto em (a) e (b).

26. • Portanto, a diferença existente entre as forças
longitudinais internas das tensões normais σA e
σB, representados em Figura 2-5 (a), serão
balanceadas por forças longitudinais, produto das
tensões cisalhantes (τ tdx )) aattrraavvééss ddooss ccoorrtteess nnaa
secção. No entanto, considerando a simetria da
secção, o balanço de forças associadas pode não
apresentar esforços cortantes no plano central de
corte, portanto, o balanço de forças deve ser
atingido devido às tensões de cisalhamento (τ) na
outra face de corte.