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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2017.tde-26012017-092026
Document
Author
Full name
Thomaz Martino Tessler
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Simos, Alexandre Nicolaos (President)
Alfredini, Paolo
Padovezi, Carlos Daher
Title in English
Weather downtime analysis for cutter suction dredgers.
Keywords in English
Cutter suction dredger
Dredging operation
Weather downtime
Abstract in English
The dredging activity is increasing worldwide due to ships that require bigger drafts, and consequently deeper navigation channels. Some dredging projects requires the operation of cutter suction dredgers on open waters, once these are capable of removing compact sediments and rocks while still maintaining a good productivity. These facts motivated the creation of a weather driven downtime prediction software for this type of operation, based on simplified calculations of the main dredging systems of a CSD. The motions caused by waves, and the forces and moments caused on these dredgers by winds, waves and currents were analyzed in order to evaluate the influence of each parameter magnitude and direction on the behavior of the vessel. The main criteria of the dredger influenced by this conditions were determined by a literature review as being the swing winch required power, the interaction between the cutterhead and the soil, and the anchoring system resistance, this that can be both a spud pole system stress or the Christmas tree cable tension. In this research, only the spud pole system bending stress was considered. Three mathematical models were developed to represent those systems. Since the non-linearity of the relation between the reaction forces of the dredger and the soil was not an object of the study, this process is represented by a constant user defined reaction force and a horizontal cutterhead velocity model. The efficiency of these models were tested by applying them on a case study of the dredging of the Açu port on the Brazilian coast by the Taurus II dredger. Simultaneous wind, wave and current data data were used as input to these models by creating a time series scenario of the operation period. The results for both scenarios showed that the operation would be close to impossible due to wave generated dynamic stress on the spud pole.
Title in Portuguese
Análise de downtime ambiental de dragas de sucção e recalque.
Keywords in Portuguese
Downtime meteoceanográfico
Dragagem
Dragas
Abstract in Portuguese
A atividade de dragagem no mundo é cada vez mais significativa em função do aumento dos navios que operam em portos, estes que possuem maior calado e requerem, consequentemente, canais de navegação mais profundos. Alguns projetos de dragagem utilizam dragas de sucção e recalque em mar aberto, dada a capacidade destes equipamentos de remover sedimento compactado e rochas, ainda mantendo uma boa produtividade. Estes fatos motivaram a criação de um programa de previsão de downtime gerado por condições ambientais de dragas de sucção e recalque baseado em modelos matemáticos simplificados. Os movimentos causados por ondas, e as forças e momentos causados na draga por ventos, ondas e correntezas foram analisados de forma a se obter a influência da magnitude e direção de cada um destes parâmetros no comportamento da embarcação. Os principais sistemas da draga influenciados por estas condições foram determinados com base em uma revisão bibliográficas como sendo a potência requerida nos guinchos de varredura, a interação do cortador com o solo e a resistência do sistema de ancoragem, sendo este a tensão de flexão dinâmica na trave do spud ou as tensões de ancoragem pelo sistema de árvore de natal. Três modelos matemáticos foram desenvolvidos para representar estes sistemas. Considerando a não linearidade da interação entre a draga e o solo, este processo foi representado por uma força de reação definida pelo usuário e pela velocidade horizontal do cortador. A eficiência destes modelos foi testada ao aplicá-los em um estudo de caso da dragagem do porto de Açu, na costa brasileira pela draga Taurus II. Valores simultâneos de ondas, ventos e correnteza foram utilizadas como entrada nestes modelos, através da criação de um cenário hipotético de série temporal. Os resultados para ambos os casos demonstraram que a operação seria impossibilitada em função de tensões de flexão dinâmicas no spud maiores que o limite determinado.
 
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Publishing Date
2017-01-26
 
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