Si consideri un carico pericoloso, potrebbero venire in mente i rifiuti tossici o esplosivi, anche i carichi granulari come il minerale frantumato e le sabbie minerali ogni anno sono responsabili della perdita di numerose navi, in media, ogni anno negli ultimi dieci anni, sono affondati dieci trasportatori “solidi alla rinfusa”.
I carichi solidi alla rinfusa – definiti come materiali granulari caricati direttamente nella stiva di una nave – possono improvvisamente trasformarsi da stato solido in stato liquido, un processo noto come liquefazione. E questo può essere disastroso per qualsiasi nave che li trasporta e per il loro equipaggio.
Bulk Jupiter mercantile da 56.000 tonnellate utilizzato per il trasporto di merci alla rinfusa nel 2015 è affondato rapidamente a circa 300 km a sud-ovest del Vietnam, solo uno dei suoi 19 membri dell’equipaggio è sopravvissuto. Ciò ha indotto l’Organizzazione Marittima Internazionale a mettere in guardia contro la possibile liquefazione della bauxite (un minerale di alluminio), un carico solido alla rinfusa relativamente nuovo.
Si conosce molto sulla fisica della liquefazione di materiali granulari provenienti dall’ingegneria geotecnica e sismica. Il vigoroso agitarsi della Terra fa sì che la pressione nelle acque sotterranee aumenti a un livello tale che il suolo si “liquefa”. Eppure, nonostante la nostra comprensione di questo fenomeno, e le linee guida in atto per prevenirlo, sta ancora causando l’affondamento delle navi mercantili, portando con sé l’equipaggio.
Carichi solidi alla rinfusa
I carichi solidi alla rinfusa sono tipicamente materiali “a due fasi” poiché contengono acqua tra le particelle solide. Le particelle quando possono toccarsi, l’attrito tra loro fa sì che il materiale agisca come un solido (anche se è presente un liquido); quando la pressione dell’acqua aumenta, queste forze tra le particelle si riducono e la resistenza del materiale diminuisce; quando l’attrito si riduce a zero, il materiale agisce come un liquido (anche se le particelle solide sono ancora presenti).
Il carico solido alla rinfusa, apparentemente stabile sulla banchina, può liquefarsi perché le pressioni nell’acqua tra le particelle si accumulano mentre è caricato sulla nave. Ciò è particolarmente probabile se, com’è prassi comune, il carico è movimentato con un nastro trasportatore dalla banchina alla stiva.
Le vibrazioni causate dal motore e il rollio della nave causato dal mare, durante il viaggio possono anche aumentare la pressione dell’acqua e portare alla liquefazione del carico. Il carico solido sfuso quando si liquefa, può spostarsi all’interno della stiva rendendo la nave meno stabile. Il carico liquefatto può spostarsi completamente su un lato della stiva, se riacquista la sua forza e ritorna allo stato solido, il carico rimane in posizione spostata, causando in acqua l’inclinazione permanente della nave o “sbandamento”. Il carico può quindi liquefarsi di nuovo e spostarsi ulteriormente, aumentando l’angolo dello sbandamento.
L’angolo dello sbandamento a un certo punto, diventa così grande che l’acqua entra nello scafo attraverso le coperture dei boccaporti, o la nave non è più abbastanza stabile da riprendersi dal movimento di rollio causato dalle onde. L’acqua come risultato della liquefazione può anche spostarsi dall’interno del carico verso la sua superficie. Il successivo spostamento di quest’acqua libera può avere un ulteriore impatto sulla stabilità della nave, salvo che non sia possibile fermare lo spostamento, la nave rischia di affondare.
L’Organizzazione marittima internazionale per evitare la liquefazione ha emanato codici che regolano la quantità di umidità consentita nei carichi solidi alla rinfusa. E allora perché ciò accade ancora?
La risposta tecnica è che gli avvisi esistenti per lo stivaggio e la spedizione di carichi solidi alla rinfusa sono troppo semplicistici. Il potenziale di liquefazione dipende non solo dalla quantità di umidità presente in un carico alla rinfusa, ma anche da altre caratteristiche del materiale, come la distribuzione granulometrica delle particelle, il rapporto tra il volume di particelle solide, l’acqua e la densità relativa del materiale, nonché il metodo di carico e i movimenti della nave durante il viaggio.
La produzione e il trasporto di nuovi materiali, come la bauxite, e l’aumento della lavorazione dei minerali tradizionali prima del trasporto, significa che è movimentato un maggior numero di merci il cui comportamento del materiale non è ben compreso. Ciò aumenta il rischio di liquefazione del carico.
Qual è la soluzione?
L’industria navale per affrontare questi problemi deve comprendere meglio il comportamento dei materiali dei carichi solidi alla rinfusa trasportati e prescrivere test adeguati. Le nuove tecnologie potrebbero essere d’aiuto, per esempio, i sensori nella stiva di una nave potrebbero monitorare la pressione dell’acqua del carico sfuso. Oppure la superficie del carico potrebbe essere monitorata, ad esempio utilizzando il laser, per identificare eventuali cambiamenti nella sua posizione.
La sfida consiste nello sviluppo di una tecnologia economica, rapida da installare e sufficientemente robusta per resistere alle operazioni di carico e scarico del materiale. Se queste sfide possono essere superate, combinando i dati sulla pressione dell’acqua e sul movimento del carico con le informazioni sulle condizioni meteorologiche e sui movimenti della nave, si potrebbe produrre un avviso in tempo reale che allerta se il carico è sul punto di liquefarsi.
L’equipaggio potrebbe quindi agire per evitare che la pressione dell’acqua nel carico aumenti troppo, ad esempio, scaricando l’acqua dalle stive (per ridurre la pressione dell’acqua) o cambiando la rotta della nave per evitare condizioni meteorologiche particolarmente avverse (per ridurre il rollio della nave). Oppure, se ciò non fosse possibile, il personale a bordo potrebbe abbandonare in tempo la nave. In questo modo, il fenomeno della liquefazione di carichi solidi alla rinfusa potrebbe essere superato e un minor numero di navi ed equipaggi andrebbe perso in mare.