Forças em estruturas de acostagem descontínuas em zonas desabrigadas: avaliação de ferramentas de cálculo existentes

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de especialização em Hidráulica

O crescimento dos navios e do seu respetivo calado tem levado a uma necessidade cada vez maior de estabelecer postos de acostagem em zonas de maior profundidade e muitas vezes fora das bacias portuárias, onde a agitação marítima é mais favorável. Nesse âmbito, surgem os jetties, um tipo de estrutura de acostagem, composta, na sua forma mais geral, por uma plataforma, elevada sobre o nível do mar, com o auxílio de estacas e sustentada por vigas, nas quais os navios acostam e descarregam mercadorias. No entanto, estas estruturas desprotegidas estão sujeitas a forças de difícil quantificação que resultam do cariz aleatório do mar e que introduzem um problema de difícil resolução, tanto para engenheiros, como para investigadores nesta área específica de conhecimento. Nesse âmbito, nesta dissertação são abordados para além dos tipos de estruturas de acostagem, com um enfoque especial em jetties, as forças a que estas estão sujeitas, também designadas de wave-in-deck loadse algumas das diferentes ferramentas de cálculo existentes para a sua quantificação. As ferramentas de cálculo consideradas dividem-se em empíricas hidrostáticas (McConnell et al. (2004), Douglass et al. (2006) e Cuomo et al. (2007)) e semiempíricas cinemáticas (Kaplan et al. (1995) e API (2002)), num total de 5. É realizada uma análise de sensibilidade das ferramentas de cálculo para diferentes condições de agitação, para diferentes níveis de maré e de profundidade, numa plataforma de 20 m de comprimento, 0.16 m de espessura e 5 m de largura, sustentada por 6 vigas, igualmente espaçadas, transversais ao sentido de propagação das ondas, de 5 m de comprimento, 0.2 m de largura e 0.5 m de altura. Por fim, são estabelecidas análises individuais e comparados os diferentes métodos considerados, estabelecidas conclusões para as condições de agitação definidas previamente e propostas sugestões para desenvolvimentos futuros na temática em estudo.

Abstract: The increase of ship’s dimensions, including their draft, has led to an increasing need for berths in deeper areas and often out of port basins, where sea waves are more favorable. It is in this context that jetties are used. They are a kind of docking structures, consisting, in its most general form, of a platform, raised above sea level, with the aid of piles and supported by beams, where ships berth to and unload goods. However, the design of these unprotected structures is difficult mainly due to the random nature of sea waves that introduce a difficult problem to solve by both engineers and researchers in this specific area of knowledge. In this context, this thesis will address the different types of berthing structures, with a special emphasis on jetties, forces that those structures are subject to, also known as wave-in-deck loads, and the existing calculation tools for their quantification. The considered calculation tools are divided into hydrostatic empirical (McConnell et al. (2004) Douglass et al. (2006) Cuomo et al. (2007)) and kinematic semi-empirical (Kaplan et al. (1995) and API (2002)), in a total of 5. A sensitivity analysis, of the calculation tools, for different sea state conditions, different tide and depth levels, in a 20 m long, 0.16 m thick and 5 m wide six beam supported platform, is made in which the beams are transverse to the wave propagation direction, 5 m long, 0.2 m wide and 0.5 m high. Finally, the considered methods are analyzed both individually and between themselves, conclusions according to the previously established sea state conditions are taken and future development proposals are made in the subject under study.