Pensa a un carico pericoloso e potrebbero venire in mente rifiuti tossici o esplosivi. Ma i carichi granulari come il minerale frantumato e le sabbie minerali sono responsabili della perdita di numerose navi ogni anno. In media, dieci navi da carico "solid bulk cargo" sono state perse in mare ogni anno nell'ultimo decennio.

I carichi solidi alla rinfusa - definiti come materiali granulari caricati direttamente nella stiva di una nave - possono improvvisamente trasformarsi da uno stato solido in uno stato liquido, un processo noto come liquefazione. E questo può essere disastroso per qualsiasi nave che li trasporta e per il loro equipaggio.

Nel 2015, il 56, La portarinfuse da 000 tonnellate Bulk Jupiter affondò rapidamente a circa 300 km a sud-ovest del Vietnam, con solo uno dei suoi 19 membri dell'equipaggio sopravvissuto. Ciò ha indotto l'Organizzazione marittima internazionale ad avvertire sulla possibile liquefazione della bauxite (un minerale di alluminio) relativamente nuova per il carico solido alla rinfusa.

Si sa molto sulla fisica della liquefazione dei materiali granulari dalla geotecnica e dall'ingegneria sismica. Il vigoroso scuotimento della terra fa sì che la pressione nelle acque sotterranee aumenti a un livello tale che il terreno "liquefa". Eppure, nonostante la nostra comprensione di questo fenomeno, e le linee guida in atto per evitare che si verifichi, sta ancora causando l'affondamento delle navi e portando con sé il loro equipaggio.

Carichi solidi alla rinfusa

I carichi solidi alla rinfusa sono tipicamente materiali "a due fasi" poiché contengono acqua tra le particelle solide. Quando le particelle possono toccarsi, l'attrito tra di loro fa sì che il materiale si comporti come un solido (anche se è presente del liquido). Ma 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 si comporta come un liquido (anche se le particelle solide sono ancora presenti).

Un carico solido alla rinfusa apparentemente stabile sulla banchina può liquefarsi perché le pressioni nell'acqua tra le particelle si accumulano mentre viene caricato sulla nave. Ciò è particolarmente probabile se, come è prassi comune, il carico viene caricato con un nastro trasportatore dalla banchina alla stiva, che può comportare una caduta di notevole altezza. La vibrazione e il movimento della nave dal motore e dal mare durante il viaggio possono anche aumentare la pressione dell'acqua e portare alla liquefazione del carico.

Quando un carico solido alla rinfusa si liquefa, può spostarsi o scivolare all'interno della stiva di una nave, rendendo la nave meno stabile. Un carico liquefatto può spostarsi completamente su un lato della stiva. Se riprende la sua forza e ritorna allo stato solido, il carico rimarrà nella posizione spostata, facendo in modo che la nave si inclini permanentemente o "lista" nell'acqua. Il carico può quindi liquefarsi di nuovo e spostarsi ulteriormente, aumentando l'angolo della lista.

Ad un certo punto, l'angolo di inclinazione diventa così grande che l'acqua entra nello scafo attraverso i coperchi dei boccaporti, oppure la nave non è più abbastanza stabile per riprendersi dal movimento di rollio causato dalle onde. L'acqua può anche spostarsi dall'interno del carico alla sua superficie a causa della liquefazione e il successivo sversamento di quest'acqua libera può avere un ulteriore impatto sulla stabilità della nave. A meno che lo sciabordio non possa essere fermato, la nave rischia di affondare.

L'Organizzazione marittima internazionale ha codici che disciplinano la quantità di umidità consentita nelle rinfuse solide al fine di prevenire la liquefazione. Allora perché succede ancora?

La risposta tecnica è che le linee guida esistenti sullo stivaggio e la spedizione di rinfuse solide sono troppo semplicistiche. 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, il rapporto tra il volume delle particelle solide e l'acqua e la densità relativa del carico, così come il metodo di carico e i movimenti della nave durante il viaggio.

La produzione e il trasporto di nuovi materiali, come la bauxite, e una maggiore lavorazione dei minerali tradizionali prima che vengano trasportati, significa che viene trasportato più carico il cui comportamento materiale non è ben compreso. Ciò aumenta il rischio di liquefazione del carico.

Anche le agende commerciali giocano un ruolo. Per esempio, la pressione per caricare rapidamente le navi porta a un carico più duro anche se rischia di aumentare la pressione dell'acqua nei carichi. E la pressione per consegnare lo stesso tonnellaggio di carico che è stato caricato può scoraggiare l'equipaggio della nave che sta scaricando carichi durante il viaggio.

Qual è la soluzione?

Per affrontare questi problemi, l'industria dei trasporti marittimi deve comprendere meglio il comportamento dei materiali dei carichi solidi alla rinfusa ora trasportati e prescrivere test appropriati. La nuova tecnologia potrebbe aiutare. I sensori nella stiva di una nave potrebbero monitorare la pressione dell'acqua del carico alla rinfusa. Oppure la superficie del carico potrebbe essere monitorata, ad esempio utilizzando laser, per identificare eventuali cambiamenti nella sua posizione.

La sfida è sviluppare una tecnologia sufficientemente economica, veloce da installare e abbastanza robusto per sopravvivere al carico e allo scarico del carico. Se queste sfide possono essere superate, combinare i dati sulla pressione dell'acqua e sul movimento del carico con le informazioni sul tempo e sui movimenti della nave potrebbe produrre un avviso in tempo reale se il carico stava per liquefarsi.

L'equipaggio potrebbe quindi agire per evitare che la pressione dell'acqua nel carico aumenti troppo, Per esempio, drenando l'acqua dalle stive (per ridurre la pressione dell'acqua) o cambiando rotta della nave per evitare condizioni meteorologiche particolarmente avverse (per ridurre i movimenti della nave). O se ciò non fosse possibile, potrebbero evacuare la nave. In questo modo, questo fenomeno di liquefazione delle rinfuse solide potrebbe essere superato, e meno navi e membri dell'equipaggio sarebbero andati persi in mare.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.