PT938410E - Sistemas compósitos de placas em sanduíche de plástico e aço estrutural - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

Sistemas compósitos de placas em sanduíche de plástico e aço estrutural

CAMPO DO INVENTO 0 presente invento refere-se a uma placa em sanduíche compósita, flexível e resistente ao impacto e à ruptura a um sistema de construção para navios tais como cargueiros, graneleiros ou barcos para os quais é desejável conter o conteúdo do barco durante condições de carga extrema ou acidental.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR A crescente pressão social, económica e política levou ao desenvolvimento de tecnologia para reduzir ou eliminar os riscos de poluição e danos resultantes para o ambiente marinho, assim como a perda de carga valiosa, que podem resultar da perda de carga devido à ruptura de um navio em condições de carga extrema ou acidental, tais como colisões, encalhamento, fogo e explosão. Em particular, os barcos que transportam materiais perigosos estão cada vez mais sujeitos a exigência adicionais impostas por agências governamentais, seguradoras do barco e da carga, e proprietários do navio e agentes financeiros. 0 custo elevado da responsabilidade por derrame de materiais perigosos e os crescentes valores da carga encorajaram ainda mais o desenvolvimento de barcos resistentes ao derrame e à ruptura. 1

Uma aproximação à contenção do conteúdo do navio é a existência de cascos duplos para petroleiros. Um casco interior de contenção da carga tem uma construção de chapa única mais rígida é suportada dentro de um casco protector exterior, que é também uma construção de chapa única mais rígida. Um casco duplo convencional tem armações longitudinais e transversais entre os cascos interior e exterior. Um casco duplo alternativo e mais avançado tem apenas armações longitudinais entre os cascos interior e exterior, permitindo uma construção simplificada adequada para a produção numa linha de montagem com dispositivos robotizados. Ambas as concepções de casco duplo convencional e avançado têm anteparas transversais entre os compartimentos de carga no casco interior, e podem ter anteparas entre os compartimentos de lastro que estão localizados normalmente entre os cascos interior e exterior. As variações na concepção de duplo casco incluem construções só com um fundo duplo, ou com um fundo duplo e lados de casco duplo. Para reduzir o peso, o convés é normalmente uma construção de chapa única. Em alternativa, as chapas do casco curvadas de forma convexa entre armações longitudinais podem proporcionar uma elevada absorção de energia no casco duplo com chapa curva. A figura 1 ilustra uma secção transversal de um petroleiro com um casco duplo típico concebido de acordo com a arquitectura naval convencional. A figura 2 ilustra o arranjo de tanques de carga e outras secções para um navio de casco duplo vulgar.

As vantagens da construção de duplo casco relativamente às concepções de casco único convencional também são bem conhecidas. Estas vantagens incluem uma maior eficiência de manuseamento da carga, maior pureza da carga e menor poluição 2 da água através do isolamento de tanques de lastro dos porões da carga. Além disso, os cascos duplos construídos de acordo com as normas internacionais que exigem um espaço de dois metros entre os casos interior e exterior também proporcionam um risco menor de derrame ou ruptura devido à perfuração do casco exterior durante colisões ou encalhamentos. As características inovativas reivindicadas dos cascos duplos avançados são uma maior resistência, facilidade de fabrico e menos soldadura áreas de superfície de aço nos tanques de lastro, melhor acessibilidade aos tanques de lastro que resulta numa melhor inspecção e manutenção, e numa retenção no casco interior do petróleo durante o encalhamento com elevada energia. Com a tecnologia actual, é menos provável que os navios com duplo casco envolvidos em impactos a baixa velocidade, com baixa energia, fiquem comprometidos, e é menos provável que provoquem poluição comparando com um navio com casco único. As concepções melhoradas de cargueiros, tais como os de fundo duplo, lados duplos, duplo casco, meio convés, etc., são conhecidas por reduzirem, mas não eliminarem, o risco de derrames de petróleo em acidentes. Embora os testes indiquem que uma concepção de duplo casco avançado todo em aço dissipe mais energia do que uma concepção de duplo casco todo em aço, ambas as concepções estão sujeitas a comprometer o casco interior devido à propagação de fissuras resultante de fissuras por fadiga ou fissuras que se desenvolvem a partir de uma chapa partida durante acontecimentos de carga extrema.

As patentes relacionados com a melhoria da capacidade de absorção de energia de construções de duplo casco devido a acontecimentos de carga extrema ou acidental, tais como o encalhamento ou colisão incluem as Patentes US 5,218,919 para Krulikowski III et al, e 5, 477, 797 para Stuart. Ambas as 3 patentes se dirigem à reconfiguração de cargueiros com casco único com cascos externos para formar um cargueiro com duplo casco. Krulikowski III et al descreve a utilização de elementos telescópicos que absorvem energia dispostos numa formação do tipo treliça para suportar um casco auxiliar laminado em aço para o exterior de um casco de petroleiro existente. Os detalhes de construção das fixações às anteparas transversais e dispositivos de controle de deflexão estão também descritos. 0 vazio entre os cascos é cheio com espuma / esferas de poliuretano para distribuir as forças de impacto, para suportar o casco auxiliar sob cargas hidrostáticas, e para proporcionar flutuação adicional quando o casco adicional se partir. Stuart descreve a construção de um casco auxiliar fixo ao casco exterior de um petroleiro existente. É composto por uma série de chapas de aço dispostas longitudinalmente, que formam uma configuração em ninho de abelha, quando visto em corte, entre os cascos. A combinação das juntas de alivio de tensão que tornam o casco exterior descontinuo, e a estrutura em ninho de abelha do casco interior criam um casco resistente aos danos. A construção permite igualmente que o espaço do casco interior seja inundado até qualquer nível para proporcionar o lastro adequado por meio de um sistema de gás inerte pressurizado e pressão de vácuo. Estas estruturas de casco externo reconfiguradas falham na forma como lidam com a possibilidade da propagação de fissuras para o casco interior devido à ruptura do casco exterior, e lidam inadequadamente com os custos e aspectos práticos da produção e manutenção da estrutura de casco auxiliar. Nas concepções actuais de reconfiguração, o acesso entre os cascos para manutenção de inspecção e corrosão é difícil, quando não impossível. 0 casco externo numa concepção reconfigurada não participa normalmente 4 no suporte de todas as cargas operacionais e acrescenta um peso morto significativo ao cargueiro com uma funcionalidade estrutural limitada.

As Patentes US 4,083,318 para Verolme e 4,672,906 para Asai referem-se a cargueiros de LNG (gás natural liquefeito) e a cargueiros transportando carga criogénica ou a elevada temperatura, na qual os tanques de carga são estruturas separadas do cargueiro e que não fazem parte do sistema de longarinas do casco que suporta a carga do cargueiro. A construção actual de duplo casco todo em aço tem sérias desvantagens que reduzem a probabilidade destes modelos satisfazerem os critérios de desempenho zero derrame de petróleo após acontecimentos de carga acidental ou extrema, tais como colisões, encalhamentos, explosões ou fogo, e permanecem competitivos relativamente à construção, manutenção e custos da vida útil. Uma desvantagem está no facto da construção actual de casco duplo se basear em concepções de arquitectura naval tradicional em conjunto com acordos internacionais e normas nacionais que estipulam a utilização de uma construção de duplo casco com uma separação mínima entre cascos que está relacionada com dados estatísticos de perfurações medidas com rochas a partir de acidentes com cargueiros registados.

Os cascos fabricados de acordo com as normas tradicionais da arquitectura naval proporcionam normalmente um sistema complexo de chapas de aço e elementos estruturais de chapas de aço tais como armações, anteparas e longarinas. A capacidade de transporte das chapas de aço e elementos de suporte aumenta com o reforço de chapas e elementos estruturais com reforços múltiplos do tipo bem conhecido na técnica tais como elementos metálicos lisos, angulares ou em canal fixos às superfícies da 5 chapa. Esta estrutura de casco complexa e sistema de reforço da chapa é uma fonte de falhas à fadiga e uma fonte de ruptura da chapa do casco durante cargas acidentais ou extremas. Este tipo de casco é dispendioso de fabricar devido ao grande número de peças que têm de ser cortadas, manuseadas e soldadas, e devido à área de superfície significativamente maior nas quais têm de ser aplicados revestimentos protectores. De igual forma, estes sistemas estruturais complexos típicos são muitos congestionados, provocando um acesso pobre, manutenção e inspecção pobres e dispendiosas e a um período de vida útil menor devido a corrosão.

Os testes recentes em grande escala de encalhamento em secções de casco duplo também indicam que, não obstante a superioridade dos barcos de duplo casco relativamente aos barcos de casco único, pode ocorrer ruptura do casco interior das concepções actualmente disponíveis de duplo casco de aço como resultado da propagação de fissuras a partir da ruptura inicial do casco exterior, principalmente no, ou perto dos elementos estruturais transversais. A fissura que começou no casco exterior propaga-se através dos elementos estruturais entre os cascos interior e exterior, e é transmitida ao casco interior. A consequência óbvia da ruptura do casco interior será o derrame de petróleo de cada porão de carga partido. A existência de camadas de interrupção de fissuras, ou outra estrutura, que evite a propagação de fissuras através da estrutura de aço para os depósitos de carga não está revelada nas alternativas de concepção corrente. Assim, a prevenção ou redução do derrame de petróleo em caso de acontecimentos acidentais ou de carga extrema não é encarado adequadamente pelas alternativas de concepção disponíveis actualmente. 6

Uma placa compósita em sanduíche de espuma de poliuretano e aço de grande escala foi testada pela sua capacidade para evitar derrames e a ruptura de um casco. Estes teste indicam que a espuma de poliuretano não adere adequadamente às chapas de aço e tem pouca resistência à ruptura. A pouca resistência à ruptura minimiza a capacidade de flexão do compósito e a falta de adesão impede a possibilidade de usar espuma de poliuretano e aço num compósito para aumentar a capacidade de empenamento no plano, de modo que os elementos de reforço da chapa podem ser eliminados. A espuma de baixa densidade usada no compósito de teste tinha pouca ou nenhuma resistência à tracção, e resistência insuficiente à compressão para ser estruturalmente benéfica. Geralmente a espuma testada actuou como uma camada de interrupção da fissura, mas não funcionou estruturalmente. Assim, a configuração do compósito estrutural de interrupção da fissura não foi conseguida. A espuma testada tinha alguma capacidade de absorção de energia; no entanto, esta capacidade era pequena quando comparada com a de aço na acção da membrana. A espuma diminui a deformação localizada das chapas de aço em torno de um ponto de carga concentrado que atrasa, mas não evita, a falha de tensão à ruptura das chapas de aço do casco.

Assim, existe a necessidade, na técnica, de um sistema de construção de casco que simplifique a complexidade da estrutura de casco, reduza os custos de fabrico e manutenção e aumente a capacidade de absorção de energia e comportamento plástico em caso de acidente ou cargas extremas, para reduzir ou eliminar a perda de carga devido a ruptura do casco e propagação da fissura. 0 presente invento proporciona um painel laminado compósito e um processo de fabrico tal como está definido nas reivindicações anexas. 7

As desvantagens acima descritas inerentes na técnica para proporcionar cargueiros de duplo casco são eliminadas, com vantagem, de acordo com os ensinamentos do presente invento, ligando um elastómero estrutural resistente entre chapas de aço para formar painéis compósito de casco, armações e elementos de suporte em aço - elastómero - aço. 0 elastómero é, de preferência, hidrófobo para evitar a absorção de agua que levaria ao enferrujamento das chapas, e deveria ter ductilidade suficiente para exceder o limite de tensão das chapas de aço sem partirem. Os painéis compósitos são usados nas construção de pelo menos o casco interior do casco duplo. De preferência, os painéis compósitos aço - elastómero - aço são usados para construir o casco interior, casco exterior anteparas, chãos, convés e armações que podem entrar em colapso, e elementos de suporte, e podem ter qualquer forma necessária. A camada de elastómero dentro dos painéis compósitos que formam o casco interior proporciona, particularmente, uma camada efectiva de interrupção da fissura entre a chapa de aço interior do casco interior e a chapa de aço exterior do casco interior, que isola eficazmente a chapa de aço interior do casco interior das fissuras que se propagam a partir do casco exterior, dos elementos transversais tais como armações de chão e anteparas e outros elementos de suporte, tais como estruturas de alma e armações horizontais que são concebidas para cargas em serviço e para cargas acidentais ou extremas. Além disso, devido ao facto dos painéis compósitos serem mais resistentes e mais rígidos do que as chapas de aço convencionais, o número de elementos de armação e de suporte pode reduzir significativamente, satisfazendo ou excedendo as normas de concepção correntes para resistência, tempo de vida, custos de construção, custos de manutenção e capacidade de sobrevivência. 8

De acordo com os ensinamentos do presente invento, um sistema compósito de chapas em sanduíche de aço e poliuretano elastómero com chão e anteparas transversais detalhadas adequadamente, e que é particularmente adequado para utilização em navios de contenção, tais como por exemplo petroleiros, é fabricado para eliminar substancialmente as desvantagens associadas aos navios conhecidos todos em aço. Os detalhes específicos que se referem à concepção do navio podem ser encontrados no American Bureau of Shipping and Affiliated Companies, 1996 parte 3, Hull Construction and Equipment; parte 5; Specialized Vessels and Services.

Os ensinamentos do presente invento podem ser facilmente entendidos considerando a descrição detalhada seguinte em conjunto com o desenho acompanhante em que: A figura 1 é uma vista em perspectiva em corte transversal de um petroleiro com duplo casco todo em aço da técnica anterior, que inclui um sistema de longarinas unidireccional e chapas de aço de reforço do casco; A figura 2 é uma planta do cargueiro de duplo casco da técnica anterior, ilustrando o arranjo geral dos compartimentos de carga e de lastro, A figura 3 é uma vista em corte transversal de uma secção mestra do cargueiro de duplo casco da técnica anterior ao longo de uma antepara transversal ilustrando os elementos estruturais e sistema de reforço; A figura 4 é uma vista em corte transversal de uma secção mestra do casco duplo ao longo da antepara transversal construída com painéis compósitos de acordo com o presente invento; 9 A figura 5 é uma vista em corte transversal parcial de um porão de carga de um navio de duplo casco construído com painéis compósitos de acordo com o presente invento, A figura 6 é uma vista em corte transversal removida de uma construção de antepara transversal de um navio de duplo casco com painéis compósitos de acordo com o presente invento; A figura 7 é uma vista em corte transversal removida de um detalhe de interrupção de fissura para uma antepara transversal de acordo com o presente invento; A figura 8 é uma vista em corte transversal de um painel compósito construído de acordo com o presente invento; A figura 9 é uma vista em corte transversal do casco interior e antepara construído com painéis compósitos de acordo com o presente invento; A figura 10 é uma vista em corte transversal do casco interior e exterior e elementos de suporte construídos com painéis compósitos de acordo com o presente invento; A figura 11 é uma vista em corte transversal ao longo da linha 11 - 11 na figura 10 ilustrando detalhes do tampão elastómero vedando o corte de interrupção da fissura; A figura 12 é uma vista em corte transversal de um painel compósito em construção de acordo com o presente invento; e A figura 13 é uma vista em corte transversal do casco interior, antepara e elemento de espaçamento compósito construídos com painéis compósitos de acordo com o presente invento. 10

DESCRIÇÃO DETALHADA

Os ensinamentos do presente invento são aplicáveis a qualquer estrutura, navio, cargueiro, graneleiro ou barco no qual se pretenda conter o conteúdo durante um acontecimento de carga acidental ou extrema. Para efeitos apenas de ilustração do presente invento, será referido no contexto de petroleiros de duplo casco. Os que têm experiência na técnica tomarão rapidamente em consideração que os ensinamentos do presente invento podem ser incorporados na configuração estrutural de outros barcos, graneleiros, etc. tal como veículos com rodas, comboios e tanques de armazenagem.

Nas concepções, pesquisa, regras e regulamentos e construção existentes para a resistência ao impacto e capacidade de sobrevivência voltaram-se, normalmente, para duplos cascos convencionais todo em aço, e duplos cascos avançados também conhecidos como duplos cascos com longarina de reforço unidireccional. Uma concepção de casco duplo convencional típico (CDH - conventional double hull), tal como está ilustrado nas figuras 2 e 3, por exemplo, para um cargueiro com um porte de 40000 toneladas, é caracterizada por um casco interior 10 e um casco exterior 12 com um fundo reforçado ortogonalmente 1, estruturas de alma transversais 2 e longarinas longitudinais 3. A chapas do casco 4 são soldadas ou de outra forma fixas às longarinas longitudinais 3. As estruturas de alma 2 orientadas transversalmente às longarinas longitudinais 3 estão fixas entre longarinas longitudinais 3 para reter e estabilizar as longarinas 3. A vista em planta da figura 2 ilustra uma disposição típica para um cargueiro tendo um casco exterior 12 e um casco interior 10 na parte de contenção de carga do casco exterior 12. Os porões de carga 11 compartimentada 13 no casco interior 10 estão separados por anteparas 6. Os compartimentos 102, fora dos porões de carga 13, podem servir como tanques de lastro na parte inferior do casco.

Normalmente, a capacidade de transporte de carga das chapas do casco e do convés 4 e 5, respect ivamente, e das estruturas de alma e de chão 2 e 11, respectivamente, anteparas 6 e longarinas 3 aumenta devido ao acrescento de elementos de reforço 7, tal como está ilustrado na figura 3. São necessários inúmeros elementos de reforço 7 para reforçar as chapas do casco 4 dos cascos interior e exterior 10, 12 e chapas do convés 5. Elementos de reforço adicionais, não ilustrados, encontram-se também nas longarinas 3, anteparas 6, armações 2 e longarinas 3. Reconhece-se que este tipo de construção pode não ser concebido para resistir ao impacto em acontecimentos de carga acidental ou extrema, tais como encalhamentos e colisões. Um sistema avançado de casco duplo (ADH) tem uma estrutura unidireccional principalmente longitudinal entre os cascos exterior e interior. O casco duplo avançado tem elementos transversais significativamente menores, mas o casco duplo avançado tem anteparas transversais 6 entre os compartimentos de carga 13, e pode ter estruturas de chão transversais 11 entre os compartimentos de lastro 102 localizados entre os cascos interior e exterior. Tal como os cascos duplos convencionais, a capacidade de suporte dos componentes da chapa de aço do casco duplo avançado é melhorada pela fixação de inúmeros elementos de reforço 7 à superficie dos componentes de chapa de aço.

Estudos recentes sobre o efeito do impacto do encalhamento com elevada energia nos sistemas convencional e avançado de construção de casco duplo todo em aço demonstra que o casco 12 exterior 12 irá partir normalmente no sentido longitudinal como resultado do excesso da tensão máxima na acção de membrana da chapa de aço 9 entre longarinas longitudinais 3 e pelo facto da ruptura do casco interior 10 se iniciar por propagação vertical da fissura a partir das armações transversais 2, 11 e anteparas 6. Isto, por seu lado, inicia-se com a ruptura do casco exterior 12 no, ou perto dos elementos transversais 2, 6, 11 tais como anteparas 6, chãos 11 ou armações 2. Com a entrada de um objecto estranho no casco do navio, uma parte do casco interior 10 é empurrada para dentro ("levantada") quer por contacto directo com o objecto intruso, ou indirectamente pelos elementos de suporte, tais como, por exemplo uma longarina 3 do casco ou estrutura de chão 11, que é empurrada para dentro pelo objecto intruso. As chapas 14 do casco interior na área de impacto podem deformar-se como uma membrana até um elemento transversal 11 impedir o casco interior 10 de ter mais movimento para dentro, por exemplo o "levantamento" da chapa 14 do casco interior ser restringido, provocando tensões extremas na membrana no, ou perto do local do objecto intruso. A tensão extrema da membrana dispara uma fissura inicial, quer no elemento transversal 2, 6, 11 restringindo a chapa 14 do casco interior, ou directamente na chapa 14 restringida do casco interior, levando à fractura do casco interior 10. Exige-se geralmente que a estrutura de fundo de um cargueiro à prova de derrame seja concebida para permitir o levantamento e deformação da membrana não elástica do casco interior 10 sem ruptura.

Para conseguir este objectivo de acordo com o presente invento, é incorporada uma camada 15 de interrupção de fissura (figura 4) na estrutura do casco, pelo menos no ou perto de todos os elementos transversais, tais como, por exemplo, 13 estruturas de chão 24 e anteparas 26, mas de preferência através de toda a estrutura do casco, sempre que for prático.

Nas discussões para efeitos de orientação, quando é usada a palavra "interior" em relação a componentes refere-se qeralmente a componentes relativamente mais perto do porão de carga do navio. Quando é usado "interior" em relação a uma superfície, refere-se geralmente a uma superfície voltada para o porão de carga. Em particular, a superfície interior 63 (figura 8) da chapa metálica interior ou camada 34 do casco interior 20 está voltada para, e está normalmente exposta ao porão de carga 68. Quando é usado "exterior" em relação a componentes, referem-se geralmente componentes relativamente mais afastados do porão de carga. Quando é usado "exterior" em relação a uma superfície, refere-se geralmente a uma superfície voltada para fora do porão de carga.

Com referência agora à figura 4, que ilustra o presente invento, um sistema de painel compósito para a construção de um navio, para a construção, por exemplo, de um cargueiro construído com um sistema unidireccional de chapa em sanduíche para casco duplo (UDHSPS - unidirectional double hull sandwich plate system) incorpora um casco resistente a impacto fortes 16 composto por painéis compósitos aço - elastómero - aço 18 suportados por uma estrutura que pode entrar em colapso detalhada adequadamente, algumas ou a totalidade das quais podendo também ser uma construção em painel compósito.

Com referência agora à figura 5, os painéis compósitos 18 são compostos por uma chapa metálica interior 34 afastada de, e voltada para uma chapa metálica exterior 36, as chapas metálicas interior e exterior estando ligadas a um núcleo em elastómero intermédio 38. Um casco interior tendo dois lados opostos 74 e 78 e um fundo 76 forma um porão de carga 68. Um 14 convés 40 prolonga-se desde o topo de um lado 74 até ao topo do lado 78 para fechar o topo do porão de carga 68. Uma antepara 26 em cada extremidade do porão de carga 68 está ligada aos lados 74 e 78 e ao fundo 76 e convés 40, para fechar substancialmente completamente um porão de carga 68. Um casco exterior 28 tendo dois lados 80 e 82 e um fundo 84 está afastado de e fecha respectivamente os dois lados 74 e 78 e fundo 76 do casco interior 20. O casco exterior 28 está ligado ao casco interior 20 através de elementos de suporte incluindo longarinas longitudinais 22 e armações de chão transversais 24. Pelo menos o casco interior 20 é construído com painéis compósitos 18. De preferência, o casco interior 20, casco exterior 28, longarinas longitudinais 22, estruturas de chão 24 e anteparas 26 são construídos com painéis compósitos 18. Os vários componentes, sejam feitos de painéis compósitos 18 ou de chapas de aço únicas convencionais, estão ligados uns aos outros por soldadura ou por quaisquer outros meios convencionais com determinadas folgas referidas abaixo, necessárias para acomodar o núcleo em elastómero 38 do painel compósito 18. O UDHSPS irá realçar significativamente a capacidade de sobrevivência do casco interior 20 contendo a carga no caso de uma colisão ou encalhamento e reduz significativamente, se não eliminar mesmo, a saída de petróleo durante um tal acontecimento, em particular quando comparado com contra-partes de casco duplo convencional. 0 UDHSPS é construído para se comportar de um modo dúctil sob cargas acidentais ou extremas e para absorver a energia através da acção de membrana não elástica do casco em painel compósito e da deformação plástica de elementos de suporte de painel compósito em aço convencional e / ou aço - elastómero - aço. Para minimizar ou eliminar o 15 derrame de petróleo é evitado a fissura do porão de carga ou propagação do rasgo. Para evitar a ruptura ou fissura como modo de falha durante eventos de carga extrema, a absorção e dissipação da energia de impacto é maximizada envolvendo o máximo possível do barco na colisão ou encalhamento. Fazendo-o, minimiza-se ou elimina-se mesmo a conseguência do derrame de petróleo.

No gue diz respeito aos petroleiros, o UDHSPS pode ser concebido para proporcionar uma resistência eguivalente ou superior para cargas operacionais aos navios com duplo casco convencional ou avançado todo em aço, concebido de acordo com as normas actuais. Tal como está ilustrado em detalhe em corte transversal na figura 5, a longarina do casco em aço elastómero - aço 22 de acordo com o presente invento tem uma chapa metálica interior 34 e uma chapa metálica exterior 36 num núcleo em elastómero 38 para proporcionar suficiente flexão, resistência ao corte e à torção para actuar como uma viga de caixa oca com parede fina capaz de suportar cargas estáticas e dinâmicas típicas ou extremas, tais como as associadas à operação de um cargueiro. Estas cargas incluem, por exemplo, cargas em águas paradas, cargas em doca seca, cargas térmicas distribuições de pressão dinâmica induzida por onda no casco, oscilação de cargas líquidas, green-seas no convés, embate das ondas, cargas inertes, cargas de lançamento e atracagem, cargas de quebra-gelos, impacto, vibração forçada, colisão e encalhamento. As figuras 4 e 6 ilustram uma secção principal do casco duplo 42 e antepara transversal 26 para um cargueiro de casco duplo construído com painéis compósitos aço - elastómero aço 18. Os cascos interior e exterior 20 e 28, respectivamente, são construídos a partir de painéis compósitos aço - elastómero - aço 18 concebidos adequadamente e 16 dimensionados para um navio com um determinado tamanho e objectivo. As anteparas transversais 26 ilustradas nas figuras 6, 7 e 9 são também construídas com painéis compósitos aço -elastómero - aço 18 suportados por chapas de alma horizontal e vertical 30 e 32, respectivamente, que podem ser também uma construção em painel compósito 18.

Os painéis compósitos 18 podem ser fabricados como componentes individuais, tais como por exemplo painéis de casco 17, estruturas de chão 24, longarinas 22, anteparas 26, etc., que podem subsequentemente ser embarcados ou montado em subconjuntos de um navio completo num conjunto de formas diferentes. As chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 (figura 5) de um painel compósito 18 são colocadas numa relação afastada adequada para formar uma cavidade 56 (figura 12) para um núcleo em elastómero 38. Na forma de realização preferida, as chapas metálicas interior e exterior 34 e 36, respectivamente, são de aço. Podem ser usados outros metais adequados, tais como, por exemplo, aço inoxidável para aplicações de elevada corrosão ou alumínio para aplicações ultra-leves. Como os painéis compósitos 18 são significativamente mais resistentes do que as chapas metálicas simples, podem ser usados outros tipos de metal mais macios para construir painéis compósitos.

Tal como está ilustrado na figura 8, o espaçamento adequado entre as camadas metálicas interior e exterior 34 e 36 é mantido de preferência pelos elementos de espaçamento 44 proporcionados entre as camadas metálicas interior e exterior 34 e 36. 0 elemento de espaçamento 44 pode compreender um elemento do tipo banda contínua ou, alternativamente, o elemento de espaçamento 44 pode compreender elementos de espaçamento múltiplos individuais dispostos aleatoriamente ou 17 num padrão. Os elementos de espaçamento 44 podem ser feitos em metal ou qualquer outro material adequado que seja colocado entre as camadas de metal interior e exterior 34 e 36. Os elementos de espaçamento 44 podem ser soldados ou ligados à camada metálica interior e / ou exterior 34 e 36. De preferência, os elementos de espaçamento 44 são elementos contínuos do tipo banda, tendo bordos longitudinais opostos 46 e 50. Os elementos de espaçamento 44 são soldados num bordo longitudinal 46 com soldaduras em ângulo 48 na chapa metálica exterior 36 em pontos ao longo da linha central da chapa 36, e geralmente a meio caminho entre as longarinas longitudinais 22. De preferência, os elementos de espaçamento correm geralmente apenas na direcção longitudinal em relação à construção do casco, mas podem também correr numa direcção transversal, sempre que for necessário. As chapas metálicas interiores 34, que têm substancialmente os mesmas dimensões em comprimento e largura que as chapas metálicas 36, são escalonadas lateralmente, de modo que os bordos 22 e 54 das chapas interiores 18a e 18b que encostam caem naturalmente no bordo 50 do elemento de espaçamento. O bordo 50 do elemento de espaçamento 44 pode servir como um suporte para bordos adjacentes 52 e 54 de painéis de encosto 18a e 18b. 0 bordo 50 do elemento de espaçamento actua como uma barra de suporte de soldadura suportando as chapas da camada interior 18a e 18b até que a soldadura 55 esteja completa. O elemento de espaçamento 44, actuando como uma barra de suporte, também ajuda a estabelecer uma folga de soldadura adequada e minimiza a preparação da soldadura. A soldadura 55 fixa de modo seguro os bordos 52 e 54 dos painéis 18a e 18b ao bordo 50 do elemento de espaçamento 44. O núcleo em elastómero 38 pode ser adicionado subsequentemente à soldadura das chapas 18a e 18b através de 18 aberturas 70 nas chapas metálicas interior ou exterior 34 e 36, respectivamente.

Os elementos de espaçamento 44 podem ser, em alternativa, bandas ou blocos elastómeros pré-fabricados ou pré-moldados ligados ou termoendurecidos no lugar entre as camadas metálicas 34 e 36. Em alternativa, o elemento de espaçamento pode ser mantido, por exemplo, por um gabarito de fabrico que suporta as chapas interior e exterior 34 e 36, respectivamente, numa relação afastada para formar a cavidade do núcleo 56, até que o núcleo em elastómero 38 seja proporcionado e endurecido.

De preferência, os componentes individuais, tais como as longarinas longitudinais 22, armações de chão 24, anteparas 26, casco interior e exterior 20 e 28, e painéis compósitos 18 do casco são integralmente fabricados num navio em construção, fixando pelo menos parcialmente as chapas de aço interior e exterior 35 e 36 de um componente especifico no local designado para esse componente, mantendo uma cavidade de núcleo adequada 56 entre as chapas do componente. O elastómero é colocado subsequentemente na cavidade do núcleo entre as chapas metálicas interior e exterior 34 e 36, através do fluxo ou injecção de um liquido ou estado viscoso, e permitindo ou levando o elastómero a moldar-se no lugar na cavidade do núcleo. O elastómero pode ser colocado, em alternativa, no núcleo, através de um tubo ou tubos dimensionados em secção transversal para entrar na cavidade vazia do núcleo num ou bordo aberto ou não fixo do componente, os tubos tendo um comprimento adequado para entrar nas dimensões do componente. À medida que o elastómero entra através dos tubos para a cavidade para encher o vazio entre as chapas, os tubos são retirados. O elastómero assume a forma do vazio, neste caso a cavidade do núcleo 56 no qual é fundido. Em alternativa, o elastómero pode 19 ser colocado na cavidade do núcleo injectando ou passando através das aberturas da chapa ou portas 70 (figura 7) proporcionadas nas chapas metálicas interior e exterior 34 e 36. O local preferido das aberturas 70 da chapa é a chapa metálica interior 34 do casco exterior 28 e a chapa metálica exterior 36 do casco interior 20, afastado da exposição ao ambiente exterior e fora da exposição à carga. Estas aberturas 70 da chapa são então vedadas com tampões metálicos roscados 72. O elastómero pode ser colocado na cavidade 56 do núcleo dos componentes individuais de construção à medida que a construção de navio avança ou grandes secções ou um casco inteiro podem ser construídos com uma cavidade de núcleo vazia 56 entre as chapas interior e exterior 34 e 36, e o elastómero pode ser subsequentemente colocado na cavidade 56 do núcleo. Logo que o elastómero que pode correr esteja na cavidade 56 do núcleo, o núcleo em elastómero 38 é endurecido, aplicando por exemplo calor. A espessura preferida de cada uma das camadas interior e exterior em aço 34 e 36 está compreendida, por exemplo, entre os 6 e os 25 mm, sendo 10 mm considerado como a espessura ideal. Estas dimensões irão mudar com as exigências de serviço ou de componente, e com as mudanças do tipo ou qualidade dos materiais utilizados será tomado em consideração pelos experientes na técnica que as camadas metálicas interior e exterior 34 e 36 não precisam de ter dimensões de espessura idênticas, e não precisam de ser feitas no mesmo tipo ou qualidade de metal. São possíveis inúmeros combinações e variações sem se desviarem do âmbito do invento. A espessura dimensional do painel compósito pode ser ajustada selectivamente durante a montagem do laminado para se obterem exigências desejadas de resistência estrutural para os vários 20 componentes e aplicações. A espessura dimensional de cada uma das chapas metálicas interior e exterior 34 36 e / ou o núcleo em elastómero 38 podem variar de acordo com uma exigência especifica. Além disso, os painéis laminados 18 podem ser construídos para terem porções de painel com espessura dimensional para ajuste localizado da resistência estrutural. A porção dimensionalmente mais grossa de um painel pode ser um resultado de um núcleo em elastómero mais grosso 38 proporcionado através da variação das dimensões do elemento de espaçamento 44, tal como variando a profundidade do elemento de espaçamento ao longo do comprimento do elemento de espaçamento proporcionando os painéis compósitos 18 com uma espessura variável. Em alternativa, o painel dimensionalmente mais grosso pode resultar do espaçamento de uma ou ambas as chapas metálicas interior e exterior 34, 36 do compósito. 0 elastómero é, de preferência, um tipo de plástico termoendurecido que pode precisar de calor para endurecer o material e completar o processo de moldagem. Os poliuretanos elastómeros preferidos endurecem a temperaturas de aproximadamente 20 a 60°C. O calor residual da soldadura dos componentes proporcionará uma parte do calor de moldagem particularmente perto das juntas de soldadura. No entanto, as partes da cavidade 56 do núcleo que estão afastadas das juntas de soldadura exigirão mais aplicação de calor de endurecimento. O calor necessário para curar o núcleo em elastómero 38 pode ser proporcionado às chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 do painel compósito 18. As chapas metálicas 34 e 36 transmitirão rapidamente calor ao elastómero 38 na cavidade 56 do núcleo para completar a moldagem do elastómero. Em alternativa pode ser seleccionado um elastómero que escorra a temperaturas reduzidas ou elevadas e endureça a temperaturas 21 ambientes. Após a cavidade 56 do núcleo ser cheia com um elastómero 38, quaisquer aberturas 70 nas chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 são vedadas com tampões metálicos roscados 72. As aberturas 70 estão, de preferência, na chapa interior 34 do casco exterior 28 fora da exposição ao ambiente externo e na chapa exterior 36 do casco interior 20 fora da exposição à carga. Assim, as aberturas 70 e tampões 72 estão normalmente expostos ao vazio entre o casco interior 20 e casco exterior 28 sempre que a inspecção e a manutenção forem rapidamente possíveis. O processo de montagem do componente repete-se até à instalação completa de componentes adjacentes à medida que a construção do navio avança. O processo de montagem aqui referido é meramente ilustrativo.

Porque as características estruturais ou adesivas de um elastómero seleccionado podem ser danificadas pelo calor da soldadura, quando os componentes de compósitos adjacente 18a e 18b forem fixos por soldadura após o elastómero 38 estar no lugar entre as chapas interior e exterior 34, 36, tem de ser proporcionada uma margem de soldadura 58. A margem de soldadura 58 é uma parte adequadamente dimensionada da cavidade de núcleo 56 próxima de uma junta a ser soldada, cuja margem 58 é, pelo menos inicialmente, desprovida de elastómero. Uma margem 58 a aproximadamente 75 mm da junta a ser soldada é suficiente para evitar danos no núcleo em elastómero 38. As temperaturas do aço a 75 mm da junta de soldadura são normalmente cerca de 150°C, enquanto a temperatura do aço no, ou perto da junta de soldadura, é significativamente superior. Depois de terminar a operação de soldadura, e depois da junta ter arrefecido suficientemente, por exemplo até 150°C, o vazio na margem de soldadura pode ser cheio através de aberturas 70 proporcionadas 22 para esse efeito nas chapas metálicas do componente interior e exterior 34 e 36. Em alternativa, a margem de soldadura 58 de um componente pode ser cheia através da cavidade vazia 56 do núcleo de um componente adjacente.

Está previsto que seja escolhido um elastómero com capacidades de ligação adequadas ao metal das chapas metálicas interior e exterior 34 e 36. Em alternativa, os agentes de ligação adequados podem ser usados para promover a adesão, ou pode ser usado um adesivo para ligar o elastómero às chapas metálicas. As chapas metálicas de revestimento também podem, através de meios conhecidos, ser ligadas mecanicamente ou quimicamente ao núcleo em elastómero pré-moldado. Os elementos de espaçamento com uma dimensão adequada podem ser colocados entre as chapas finas de revestimento para manter o espaçamento adequado durante as operações de ligação.

Embora uma variedade de materiais seja adequado e contemplado para o núcleo do painel compósito aço - elastómero - aço, o elastómero preferido para o núcleo do painel compósito é um poliuretano elastómero termoendurecido tendo propriedades químicas e físicas adequadas. Os detalhes específicos referentes a elastómeros podem ser encontrados no Engineered Materials Handbook, Volume 2, Engineering Plastics (1998, ASM International). 0 poliuretano elastómero termoendurecido é um material artificial com, por exemplo, a gama seguinte de propriedades e características físicas: resistência à tensão entre 20 e 55 MPa, dureza Shore entre 70A e 80D, alongamento entre 100 - 800%, módulo de flexão entre 2 e 104 MPa, temperatura de transição vítrea entre -70 e 150°C, resistência à abrasão, flexibilidade a baixa temperatura, resistência ao impacto a baixa temperatura, flexibilidade a longo prazo, resistência à ruptura / corte, resistência ao combustível e ao 23 petróleo, boa elasticidade, resistência ao ozono, resistência ao tempo e resistência à temperatura. Estas propriedades estão definidas e podem ser caracterizadas de acordo com as normas ASTM aplicáveis. As aplicações comerciais de poliuretano elastómero incluem rolos industriais para suporte de carga, rodinhas, partes de carroçaria automóvel pintada por fora, vedantes hidráulicos, correias de transmissão, protecções contra poeira moldadas por injecção / sopro, botas para massa lubrificante moldadas por injecção (coberturas), filme extrudido por sopro e numa fieira de extrudidos e produtos de filme (espessura de 0,03 a 3 mm), tubagem, revestimentos de mangueira, sapatos desportivos, revestimentos protectores de fio e cabo. As propriedades e caracteristicas dos poliuretanto elastómeros disponíveis comercialmente podem ser adaptadas para uma aplicação específica, variando a sua guímica. Os poliuretanos elastómeros não foram até agora usados numa sanduíche compósita com revestimentos metálicos para navios de contenção, tais como petroleiros de duplo casco. É evidente que o material de núcleo em elastómero de um painel compósito estrutural 18 tem de aderir de modo fixo a ambas as chapas de revestimento metálicas 34 e 36 de modo a suportar cargas operacionais. Além disso, o material de núcleo em elastómero curado 38 tem de ter caracteristicas estruturais adequadas, tais como suficiente densidade, resistência à tracção, ductilidade, resistência à ruptura, e resistência à compressão, para proporcionar o painel compósito 18 com as propriedades desejáveis numa aplicação de construção de navio, tal como por exemplo elevada resistência e ductilidade, durabilidade e resistência ao impacto em acontecimentos de carga acidental ou extrema, tal como encalhamento ou colisões. Um poliuretano elastómero formulado adequadamente possui outras 24 características, tais como a resistência à água e ao petróleo e resistência térmica para isolamento. O núcleo em elastómero 38 da construção de painel compósito 18 contribui no suporte das cargas operacionais de várias formas. Em primeiro lugar, a adesão desenvolvida entre as chapas de aço interior e exterior 34 e 36 e o elastómero 38 evita o empenamento local da chapas metálicas relativamente finas 34 e 36 que ocorreria sob momentos de arqueamento e contra-arquemanto normais e elimina a necessidade de elementos de reforço longitudinais pouco espaçados entre as longarinas longitudinais 22 ou a necessidade de longarinas longitudinais pouco espaçadas 22. Em segundo lugar, o núcleo em elastómero 38 é proporcionado com propriedades físicas e com dimensões adequadas para transferirem ruptura suficiente entre as chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 para realçar a resistência à flexão das chapas interior e exterior 34 e 36. As chapas interior e exterior 34 e 36 e o painel compósito 18, devido à sua separação, proporcionam aproximadamente 10 vezes mais resistência à flexão do que as chapas metálicas únicas convencionais 14 com a mesma espessura total da chapa. Como resultado da resistência significativamente superior do componente compósito quando comparado com um componente correspondente de chapa única, os componentes compósitos, tais como, por exemplo, longarinas longitudinais 22, armações 24 ou anteparas 26 podem estar afastados e, assim, serão precisas menos. Além disso, componentes compósitos mais resistentes exigem significativamente menos ou nenhum elemento de reforço 7. Assim, sem aumentar o peso total do aço necessário para construir o navio, o aço usado normalmente para as longarinas longitudinais normais 3, armações 11 e 2, e elementos de reforço da chapa 7 necessários nos cascos duplos em aço da 25 técnica anterior podem ser realocados às chapas compósitas 17 e 18 do casco e elementos estruturais, tais como o longarinas 22, chãos 24, anteparas 26 e almas 22 para se obterem componentes individuais mais resistentes, capazes de um melhor desempenho estrutural sem aumento os custos do aço. 0 núcleo em elastómero 38 proporciona transferência de ruptura longitudinal suficiente entre as chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 do painel compósito 18 para permitir que todas as chapas 34 e 36 contribuam para um módulo de secção elástica e, assim, para a resistência do cargueiro como um todo. 0 elastómero aumenta a capacidade de empenamento da estrutura do casco. Substituindo o painel compósito 18 constituído por duas chapas de aço mais finas 34 e 36 separadas por, e ligadas a um elastómero estrutural 38 à chapa de aço mais grossa única da técnica anterior, consegue-se um casco resistente ao corte ou à ruptura a um custo equivalente ou inferior à construção convencional, uma vez que a chapa de aço pode não ter de ser especificada como uma chapa de aço com entalhe mais dispendiosa. A distribuição da espessura das duas chapas de aço 34 e 36 no painel compósito 18 não está definida, e pode ser distribuída para optimizar o desempenho estrutural e a durabilidade para factores, tais como por exemplo capacidade de suporte de carga e resistência à corrosão e à abrasão. A substituição do painel compósito 18 por chapa de aço convencional nos componentes do casco, tais como por exemplo painéis de casco 17, longarinas longitudinais 22, armações de chão transversais 24, e anteparas 26, aumenta significativamente a resistência destes componentes individuais do casco e do casco todo, e permite a redução na espessura das chapas de aço interior e exterior 34 e 36 nos painéis compósitos 18 do casco, e uma redução significativa no número de componentes convencionais de construção do casco, 26 tais como elementos de reforço 7, armações 11 e elementos de suporte 2, 3, necessários para suportar as cargas de serviço em plano, tais como, por exemplo, as cargas de serviço que provocam arqueamento e contra-arqueamento. A substituição do painel compósito 18 mais forte por chapas de aço convencionais e por estruturas convencionais e elementos de suporte também simplifica a estrutura de suporte. Os painéis compósitos 18 mais resistentes permitem a construção com elementos estruturais em número significativamente menos que, por seu lado, reduzem significativamente o número de intersecções estruturais, tais como por exemplo longitudinais, passando através de estruturas de chão 24, anteparas 26, suportes de extremidade da armação (não ilustrados), suportes contra quedas (não ilustrados), etc. A redução nas intersecções estruturais reduz, por seu lado, o número de detalhes sensíveis à fadiga e o número correspondente de falhas à fadiga que podem ocorrer. Menos elementos estruturais também reduz a probabilidade de propagação de uma fissura para o casco interior 20 em situação de acidente. O sistema de chapa compósita combinado com detalhes inovadores de arquitectura naval proporciona uma estrutura forte resistente ao impacto. A chapa de aço exterior 36 do painel compósito 18 actua como uma superfície dura que protege do desgaste. O núcleo em elastómero 38 absorve energia, dissipa cargas transversais para a chapa de aço interior 34, e proporciona uma membrana contínua com elevada elongação e resistente à temperatura. A chapa de aço interior 34 serve igualmente como uma superfície dura protectora de desgaste e executa a maioria da carga de impacto numa acção de membrana não elástica. O modelo em sanduíche permite a distribuição óptima das espessuras da camada de aço entre as chapas de aço 27 exterior e interior 34 e 36 do painel compósito 18 para proporcionar o sistema estrutural mais eficiente. As propriedades de isolamento térmico do núcleo em elastómero 38 proporcionam um ambiente mais quente à chapa de aço interior 34 e elementos de aço estruturais de suporte, tais como longarinas longitudinais 22 e armações de chão 24, permitindo a utilização de um aço duro com menor fractura e menos dispendioso. Em condições de carga extrema ou acidental, o núcleo em elastómero dúctil 28 do painel compósito 18 aumenta a resistência à perfuração das chapas metálicas interior e exterior 34 e 36, cria mais campos de tensão uniforme dentro das chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 à medida que elas se deformam relativamente aos elementos de suporte, tais como longarinas longitudinais 22 e armações de chão 24, diminui as deformações localizadas por corte e, no caso de cargas de impacto, realça bastante a resistência das chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 ao corte nos elementos de suporte transversais. 0 núcleo em elastómero 38 dentro do casco interior 20 do painel compósito 18 proporciona uma camada efectiva de interrupção da fissura entre o casco exterior 28, estrutura de fundo ou lateral que sustém geralmente os danos durante uma colisão ou encalhamento, e as chapas de aço interior 34 do casco interior 20 que alinham os tanques de carga. Esta camada de interrupção da fissura, em conjunto com outros detalhes de interrupção de fissuras, irá reduzir significativamente a probabilidade, ou mesmo eliminar, o derrame de petróleo que poderia ocorrer devido a fissuras que se propagam no tanque de carga a partir da ruptura do casco exterior. O sistema estrutural simplificado é menos congestionado e, com as suas superfícies lisas, é mais fácil de aplicar, inspeccionar e manter os revestimentos protectores. A falha de 28 revestimento é geralmente mais comum em áreas que são difíceis de aceder, tais como o lado inferior das flanges ou intersecções da alma da flange (não ilustradas) onde a aplicação de revestimento original pode ser inadequada e as aplicações de manutenção de revestimento subsequente são difíceis. Como o sistema de painel compósito tem menos área de superfície a proteger, a probabilidade de problemas de corrosão é menor e o tempo de vida útil será melhor. 0 custo inicial de construção da estrutura de casco duplo com painel compósito aço - elastómero - aço é inferior à sua contra-parte tradicional de chapa reforçada toda em aço. 0 custo do material de núcleo em elastómero, a instalação e soldadura adicional associada aos painéis compósitos é compensada pela eliminação de um número substancial de elementos de reforço 7 da chapa de aço convencional, pela eliminação dos elementos de suporte, tais como por exemplo chapa de gola, ou garras de compensação na armação transversal longitudinal, intersecções de chão ou anteparas e a eliminação de áreas de superfície substanciais que, nos cascos convencionais, exigem pintura e manutenção. Há outros benefícios de custo no aumento da vida útil e nos menores custos de seguro de carga e de responsabilidade, e menores custos operacionais que resultam de um navio mais leve e menores custos de aquecimento do petróleo durante a viagem. 0 motivo fundamental para os cargueiros de casco duplo é o de minimizar a probabilidade de derrame de petróleo em caso de acontecimentos de carga acidental ou extrema, tal como encalhamento ou colisões. Neste aspecto, o sistema do invento proporciona um melhor desempenho relativamente às concepções da técnica anterior. 29

Os testes em grande escala de encalhamento em secções de casco de fundo da técnica anterior indicam que a ruptura do casco interior das alternativas correntes de casco duplo em aço ocorrerá como resultado da propagação de fissuras a partir da ruptura inicial do casco exterior, mesmo se a profundidade de penetração no casco por uma rocha ou outro objecto for inferior é distância de separação entre os cascos interior e exterior. Torna-se essencial isolar o cargueiro com uma camada de protecção de interrupção de fissuras 15. As figuras 7 a 10 ilustram a interligação das chapas compósitas de casco 18 com a antepara compósita transversal 26, a armação compósita de chão 24 e a longarina compósito longitudinal 22. A longarina compósito longitudinal 22 prolonga-se em direcção a, e liga-se à estrutura compósita de chão 24 por baixo da antepara transversal 26. Os bordos longitudinais da longarina longitudinal 22 estão ligados directamente apenas à chapa interior 34 do casco exterior 28 e à chapa exterior 36 do casco interior 20. Os elementos de espaçamento 44 estão dispostos dentro da chapa compósita 18 do casco interior 20 de modo a estarem localizados a meio caminho entre as longarinas longitudinais 22. Com referência à figura 8, uma simples soldadura em ângulo 48 prende o bordo 46 do elemento de espaçamento 44 à superfície interior 66 da chapa exterior 36 do casco interior 20 e uma simples soldadura 55 fixa os bordos 52 e 54 das chapas interiores do casco interior 18a e 18b respectivamente e o bordo 50 do elemento de espaçamento 44 unindo as chapas respectivas do painel compósito. Estes detalhes simplificados de soldadura estão configurados para facilidade de fabrico e para facilitar a automação das operações de soldadura. A colocação de elementos de espaçamento 44 a caminho distância entre as longarinas longitudinais 22, em 30 combinação com a folga semi-circular 60 da armação de chão 24 na antepara transversal 26 adjacente à localização do elemento de espaçamento 44 no painel do casco interior 20 proporciona uma barreira eficaz de interrupção da fissura. As figuras 8 a 10 ilustram claramente que o único contacto directo metal com metal entre a camada de metal interior 34 e a camada metálica exterior 36 do casco interior 20 é o elemento de espaçamento 44. O casco interior 20 foi efectivamente isolado dos efeitos de propagação da fissura, colocando o elemento de espaçamento 44 a uma distância significativa da longarina longitudinal 22 e proporcionando uma folga 60 na armação de chão 24 próxima da localização do elemento de espaçamento 44 no painel compósito 18 do casco interior. A propagação de fissuras do casco exterior 28 para cima através da longarina longitudinal 22 é interrompida pelo núcleo em elastómero 38 no casco interior 20. As fissuras que se propagam a partir do casco exterior 28 para cima através da armação de chão 24 ou outros elementos estruturais transversais semelhantes terminam na folga 60 evitando efectivamente a propagação da fissura através do elemento de espaçamento 44 para a chapa interior 34 do casco interior 20. A folga semi-circular 60 é uma descontinuidade estrutural típica usada para interromper fissuras em estruturas sujeitas à propagação de fissuras devido à fadiga. Um tampão 62 enche a folga semi-circular 60. O tampão 62 tem flanges periféricas 64 em ambos os lados da armação de chão 2 4 que criam compartimentos estanques em ambos os lados. O tampão pode ser, por exemplo, um elastómero moldado no local, embora estejam previstos outros tipos de tampões. As figuras 8, 9 e 10 ilustram claramente que o depósito de carga 68 está efectivamente isolado por meio do núcleo em poliuretano 31 elastómero 38 a partir da estrutura exterior do barco, sendo a única ligação directa metal com metal entre a chapa metálica interior 34 do casco interior 20 e o resto da estrutura do barco os elementos de espaçamento 44 entre as chapas metálicas interior e exterior 34 e 36 ilustradas na figura 8.

Tal como está ilustrado na figura 9 a antepara 26 é fixa por soldadura ou outros meios à chapa interior 34 do casco interior 20. Por baixo do casco interior 20, a armação de chão 24 suporta a antepara 26 e é fixa por soldadura ou outros meios à chapa exterior 36 do casco interior 20. A camada elastómera 38 forma uma camada de interrupção de fissura 15 entre a armação de chão 24 e a antepara 26. Para garantir que não há contacto directo metal com metal entre a chapa interior 34 e a chapa exterior 36 do casco interior 20 quando o casco interior 20 passa entre a estrutura de chão 24 e a antepara 26, pode ser proporcionada uma folga 67 (figura 13) no elemento de espaçamento longitudinal 44 (ilustrado a partir de uma vista lateral na figura 13) quando passa entre a armação de chão 24 e a antepara 26, e prolongando-se a uma curta distância para ambos os lados dos componentes transversais. Os elementos de espaçamento elastómeros adicionais podem ser colocados transversalmente aos elementos de espaçamento longitudinais para proporcionar uma margem de soldadura em torno da armação de chão 24 e antepara 26. Subsequentemente, a folga de soldadura 67 é cheio com elastómero.

Isto isola efectivamente o tanque de carga das fissuras que se propagam através do aço que podem resultar de uma colisão de outro navio na estrutura lateral do casco.

Para além da interrupção de fissuras, o presente invento proporciona igualmente melhor capacidade de absorção de energia relativamente aos duplos cascos convencional e avançado. A 32 maior concentração de material de chapa de aço nas chapas do casco, em conjunto com as caracteristicas fisicas e de comportamento do painel de sanduíche aço - elastómero - aço, tal como um melhor módulo de corte e propriedades elásticas de recuo do elastómero tendem a espalhar a plasticidade local, diminuindo, por exemplo, a dobragem localizada e as tensões de corte em torno de pontos de carga afiados ou pequenos, e com longarinas longitudinais que são concebidas para deformar plasticamente em condições de carga acidental ou extrema irão maximizar a deformação do material em acção plástica da membrana, maximizar o material em contacto com o objecto embatido ou com o objecto que embate, atrasar o início do rasgamento e aumentar capacidade de absorção de energia. 0 resultado é um casco resistente e um cargueiro com maior resistência a cargas de impacto. Para garantir a capacidade de sobrevivência, o petroleiro é concebido para manter a integridade da longarina do casco após qualquer provável acontecimento de carga acidental ou extrema. A simplificação do arranjo estrutural reduz o número de intersecções de elementos de armação perpendicular e o número de detalhes sujeitos a fadiga.

Como resultado de proporcionar o sistema estrutural simplificado ilustrado acima, há menos área de superfície a ser revestida e protegida da corrosão, e a área de superfície que de facto existe é predominantemente lisa e não está obstruída. A aplicação, inspecção e manutenção de revestimentos protectores é, por isso, mais fácil. Todos estes factores funcionam para reduzir os custos de construção iniciais, manutenção em serviço, e aumentar o potencial de vida útil do navio. 33

As característícas térmicas do poliuretano elastómero podem isolar a chapa interior do casco exterior, as chapas do casco interior e as longarinas longitudinais de temperaturas ambiente, tais como, por exemplo, petroleiros trabalhando em zonas de clima frio, reduzindo as exigências de resistência ao entalhe para o aço e a possibilidade de fractura frágil sob cargas de impacto. Para o casco interior, o isolamento térmico reduz os custos em serviço associados com o aquecimento da carga de petróleo em viagem. 0 elastómero pode ser seleccionado para ser resistente ao combustível e ao petróleo e impermeável à água. 0 elastómero seleccionado deveria aderir totalmente às chapas de aço nas quais é moldado. Se for seleccionado adequadamente, o elastómero irá evitar a migração de água, combustível ou petróleo entre as chapas interior e exterior de ambos os cascos na eventualidade da corrosão ou abrasão provocar um furo em qualquer parte das chapas do casco. 0 sistema do invento foi concebido para poder ser construído e ter um custo de construção e de manutenção competitivos.

Embora uma forma de realização única que incorpore os ensinamentos do presente invento tenha sido aqui ilustrada e descrita, os que têm experiência na técnica podem facilmente visualizar outra forma de realização diferentes que incorporem estes ensinamentos todos, os quais estão todos dentro do âmbito do presente invento, tal como está definido pelas reivindicações anexas.

Lisboa, 19 de Abril de 2010. 34

Claims (24)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Painel laminado compósito (18) adequado para utilização na construção de uma estrutura de um barco, o dito painel laminado compreendendo: uma primeira camada metálica (34); uma segunda camada metálica (36); e uma camada intermédia (38) ligada às ditas primeira e segunda camadas metálicas, a dita camada intermédia compreendendo um poliuretano elastómero termoendurecido sem espuma.
2. 2. Painel laminado compósito de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita camada intermédia foi moldada no lugar.
3. 3. Painel laminado compósito de acordo com as reivindicações 1 ou 2, no qual o dito poliuretano elastómero tem uma resistência à tracção compreendida entre 20 e 55 MPa.
4. 4. Painel laminado compósito de acordo com as reivindicações 1 2 ou 3, no qual cada uma das ditas primeira e segunda camadas metálicas (34, 36) é feita de aço e tem uma espessura compreendida entre 6 e 25 mm.
5. 5. Painel laminado compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o dito material plástico tem uma dureza Shore compreendida entre 70A e 80D. 1
6. 6. Painel laminado compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o dito material plástico tem um alongamento compreendido entre 100 e 800%.
7. 7. Painel laminado compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes no qual o dito material plástico tem um módulo de flexão compreendido entre 2 e 104 MPa.
8. 8. Painel laminado compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual as ditas primeira e segunda camadas metálicas (34, 36) são feitas de aço.
9. 9. Navio ou barco incluindo um painel laminado compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.
10. 10. Navio ou barco de acordo com a reivindicação 9, no qual o painel laminado compósito faz parte do casco.
11. 11. Processo de fabrico de um painel laminado compósito compreendendo os passos de: posicionar a primeira camada metálica (34) e uma segunda camada metálica (36) numa relação afastada de modo a formar uma cavidade de núcleo entre as superfícies voltadas uma para a outra das primeira e segunda camadas metálicas; e proporcionar um material plástico não endurecido (38) para encher a dita cavidade de núcleo; endurecer o material plástico não endurecido de forma a que o material plástico adira às superfícies voltadas uma para a outra das primeira e segunda 2 camadas metálicas; caracterizado por o dito material plástico ser um poliuretano elastómero termoendurecido sem espuma.
12. 12. Processo de acordo com a reivindicações 11, no qual o dito poliuretano elastómero tem uma resistência à tracção compreendida entre 20 e 55 MPa.
13. 13. Processo de acordo com as reivindicações 11 ou 12, no qual uma das primeira e segunda camadas metálicas (34, 36) tem uma parte adaptada para ser soldada, a parte adaptada para ser soldada definindo uma margem de soldadura (58) numa parte da cavidade de núcleo adjacente à parte adaptada para ser soldada, e o passo de proporcionar um material plástico não endurecido à cavidade de núcleo é feita de forma a que a margem de soldadura seja desprovida de material plástico.
14. 14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, compreendendo ainda o passo de proporcionar uma abertura através da espessura de uma das primeira e segunda camadas metálicas (34, 36) e no qual o material plástico não endurecido é proporcionado à cavidade de núcleo através da abertura.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, compreendendo ainda o passo de fechar hermeticamente a abertura com um tampão metálico roscado.
16. 16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, no qual a cavidade de núcleo tem um bordo aberto ou não fixo e o material plástico não endurecido é proporcionado à 3 cavidade de núcleo através de um ou mais tubos que entram na cavidade, no qual o tubo ou os tubos são retirados à medida que o material plástico não endurecido enche a cavidade.
17. 17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, no qual o dito posicionamento é efectuado colocando um elemento de espaçamento entre a primeira camada metálica (34) e a segunda camada metálica (36) .
18. 18. Processo de acordo com a reivindicação 17, compreendendo ainda o passo de soldar ou de ligar o elemento de espaçamento a uma das primeira e segunda camadas metálicas (34, 36) .
19. 19. Processo de acordo com a reivindicação 18, no qual o elemento de espaçamento é fixo por soldadura.
20. 20. Processo de acordo com a reivindicação 18, no qual o elemento de espaçamento é fixo por ligação.
21. 21. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, no qual o elemento de espaçamento é metálico.
22. 22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, no qual o elemento de espaçamento é uma banda ou um bloco de elastómero pré-moldado.
23. 23. Processo de fabrico de uma estrutura de duplo casco compreendendo: 4 a formação de um casco interior por um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 22, e a formação de um casco exterior por um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 22, no qual as camadas metálicas são feitas de aço.
24. 24. Processo de acordo com a reivindicação 23, no qual os passos de formação dos cascos interior e exterior, o material plástico não endurecida é proporcionado através de aberturas na camada metálica entre o vazio da estrutura de duplo casco e a cavidade de núcleo do casco respectivo. Lisboa, 19 de Abril de 2010. 5