Queste viti potrebbero causare l'incidente del sommergibile Titan.

Secondo gli esperti, le viti che fissano gli schermi allo scafo del Titan potrebbero indebolire gradualmente il rivestimento in fibra di carbonio, causandone lo schiacciamento in mare una volta raggiunto un certo limite.

Il tragico incidente del 23 giugno, quando il sommergibile Titan si è inabissato sul fondo dell'Oceano Atlantico, ha scatenato un intenso dibattito tra i media e gli esperti. Oltre alle speculazioni su difetti di progettazione, problemi strutturali o superamento del limite di profondità del Titan, gli esperti hanno anche avanzato l'ipotesi di un cedimento del materiale.

Numerose segnalazioni indicano che il produttore OceanGate ha modificato unilateralmente la navicella spaziale Titan, trasformandola da veicolo di ricognizione scientifica a veicolo per il turismo passeggeri. Le immagini del processo di costruzione diffuse da OceanGate mostrano che l'azienda ha fissato due schermi direttamente allo scafo, che in origine era rivestito in fibra di carbonio, come pubblicizzato dall'amministratore delegato Stockton Rush.

Due monitor sono imbullonati allo scafo e i collegamenti realizzati a mano (sopra) nel sommergibile Titan sono mostrati nel video promozionale del Titan. Foto: OceanGate

Si tratta di un grave errore perché la fibra di carbonio, pur essendo cinque volte più resistente dell'acciaio, è molto fragile e viene spesso miscelata con colla a base di resina per fissarla alla superficie del materiale da rivestire. Questo processo di incollaggio si realizza sovrapponendo strati di materiale, in modo simile all'incollaggio di fogli di carta con un adesivo preapplicato.

La struttura in fibra di carbonio non sarà quindi costituita da un foglio monolitico puro, bensì da un composito di fibra di carbonio e resina. OceanGate ha utilizzato la denominazione "composito in fibra di carbonio" per questo materiale in un brevetto concesso nel 2021.

Essendo un materiale composito, questa struttura in fibra di carbonio contiene numerosi vuoti microscopici che la resina non è in grado di riempire. OceanGate afferma che il rapporto di vuoti è inferiore all'1%, ma questa cifra non è specificata. La differenza tra un rapporto di vuoti dello 0,99% e dello 0,0000000000001% può avere un impatto significativo sull'intera struttura portante, nonché sulla velocità di frattura del materiale.

Il metodo di foratura e avvitamento delle griglie sullo scafo crea piccole crepe sulla superficie interna in materiale composito. Dopo numerose immersioni per esplorare il relitto del Titanic a una profondità di 3.800 metri, lo scafo del Titan è stato costantemente sottoposto a un'enorme pressione per lunghi periodi, causando la propagazione delle crepe con la stessa rapidità con cui si frantumano i frammenti di vetro.

Questo fenomeno può essere paragonato a un ghiacciaio con un foro praticato a colpi di martello sulla sua superficie; la crepa è inizialmente piccola, ma gradualmente, con ogni colpo di martello sufficientemente lungo e vigoroso, si aprirà una sezione larga centinaia di metri, portando alla rottura dell'intera massa di ghiaccio.

La fibra di carbonio è nota per la sua resistenza, ma non si tratta di resistenza alla compressione, fondamentale per sopportare le pressioni del fondale oceanico, bensì di resistenza alla trazione, necessaria per impedire che la struttura si rompa sotto sforzo.

I compositi in fibra di carbonio si fratturano più lentamente rispetto alla fibra di carbonio pura, dando luogo a un processo di fessurazione graduale con crepe strutturali così piccole da risultare impercettibili dall'esterno. La velocità di frattura all'interno dello stesso strato di fibra di carbonio aumenta da uno strato all'altro, pertanto le crepe si allargano gradualmente fino a quando la struttura più interna non diventa estremamente debole.

Quando le condizioni erano favorevoli, anche una leggera collisione, un lieve urto con qualsiasi oggetto sul fondale oceanico, sarebbe stato sufficiente a causare il catastrofico collasso del sommergibile Titan, provocando la morte di 5 persone a bordo.

In tal caso, la struttura composita in fibra di carbonio si sarebbe improvvisamente sgretolata, nonostante non si fossero verificati eventi anomali in precedenza. Questo spiega perché i viaggi precedenti del Titan fossero stati normali, mentre il suo ultimo viaggio, il 18 giugno, sia stato il momento in cui la nave ha raggiunto il suo punto di rottura.

Anche se esiste un certo spazio tra lo scafo interno in titanio e il guscio esterno in composito di fibra di carbonio, che impedisce la formazione di crepe nei fori delle viti, la foratura dello scafo in titanio crea comunque la possibilità che la corrosione del metallo si verifichi più rapidamente.

Il titanio è più resistente alla ruggine rispetto al ferro e al rame, ma il colore dello scafo non è titanio puro; assomiglia piuttosto a una lega di titanio, come pubblicizzato da OceanGate, o a un materiale in acciaio temprato simile utilizzato dalla Marina statunitense per i sottomarini.

Il processo di avvolgimento della fibra di carbonio attorno allo scafo della navicella spaziale Titan. Fonte: OceanGate

OceanGate potrebbe utilizzare una lega per la produzione degli interni della nave al posto del titanio puro, riducendo così i costi di produzione, ma ciò la renderebbe anche più soggetta alla corrosione. In tal caso, le zone di fissaggio dei bulloni sarebbero le prime a corrodersi, con il rischio che la corrosione si propaghi e indebolisca la struttura circostante.

È probabile che OceanGate necessiti ancora di molte viti da fissare allo scafo, poiché è in fase di modifica per il trasporto turistico e richiede l'installazione di vari dispositivi di osservazione. Inoltre, i telai delle porte presentano saldature piuttosto grezze, prive di qualsiasi rivestimento anticorrosione o antiusura, simili al design delle finestre dei balconi nelle abitazioni.

Nella scienza dei materiali, la parte inferiore di una saldatura è la più soggetta a corrosione e indebolimento strutturale a causa del contatto tra almeno due materiali diversi.

I rischi associati a questo metodo sono persino superiori a quelli delle connessioni bullonate. Le saldature possono creare legami metallici, causando una rapida propagazione della ruggine a causa della corrosione elettrochimica in condizioni di elevata umidità. Per mitigare questo rischio, i produttori possono applicare un sottile rivestimento resistente all'usura e alla corrosione a queste saldature per proteggere il materiale e la struttura dagli agenti atmosferici, ma non vi sono prove che OceanGate abbia implementato questa misura di sicurezza.

Il progetto del sommergibile Titan, basato sul brevetto originale di OceanGate, mostra che l'imbarcazione è stata costruita ispirandosi al sommergibile per acque profonde Alvin DSV di prima generazione, tuttora in uso. Invece di utilizzare la tradizionale forma sferica per ottimizzare la resistenza alla pressione da tutte le direzioni, Rush ha modificato il sommergibile Titan conferendogli una forma tubolare per poter trasportare un maggior numero di passeggeri.

Le due estremità del contenitore, una per lato, sono realizzate in titanio, mentre la struttura cilindrica centrale è avvolta da più strati di fibra di carbonio dello spessore di circa 13 cm. Questo cilindro centrale, come progettato, diventa l'elemento portante principale, ed è proprio questa la zona che è stata modificata mediante bullonatura e saldatura.

Il design sommergibile di OceanGate presenta una cupola e un anello a doppia estremità, realizzati in titanio, che rinforzano il punto di connessione. Grafica: Oceanliner Designs

Il rivestimento in carbonio spesso 13 cm può aiutare la nave a resistere alla pressione esterna, ma inavvertitamente ne aumenta anche la fragilità e rende più difficile osservare crepe molto piccole all'interno della struttura a strati.

Le giunzioni tra il corpo principale del tubo e le estremità in titanio non sono stampate in 3D da un unico lotto, ma sono unite tramite un meccanismo di saldatura a tenuta stagna, con il rischio di indebolire la struttura meccanica. L'intera struttura risulterà molto fragile a causa dell'utilizzo di diversi materiali combinati, come fibra di carbonio, titanio e vetro acrilico. Ciascun materiale presenta diverse proprietà di resistenza alla trazione, dilatazione e fragilità nello stesso ambiente.

Questo è anche il motivo per cui la tecnologia di stampa 3D è preferita per la produzione degli scafi dei veicoli spaziali, sebbene sia molte volte più costosa dei metodi di assemblaggio. Con questa tecnologia, i produttori devono stampare in 3D una sola volta per ottenere un prodotto completo, indipendentemente dalla complessità del design, senza saldature o viti, riducendo il rischio per l'intera struttura.

Nel suo brevetto, OceanGate afferma di aver testato con successo il sommergibile Titan a pressioni comprese tra 5.000 e 6.000 psi (400 volte superiori alla pressione atmosferica). Questa pressione di prova è equivalente alla pressione che il sommergibile dovrebbe affrontare a una profondità di 4.000 metri.

Dal punto di vista della valutazione della sicurezza, si tratta di un errore estremamente grave. Il produttore è responsabile di garantire che il prodotto possa resistere a condizioni ben più estreme di quelle di normale utilizzo. OceanGate avrebbe dovuto assicurarsi che il Titan potesse resistere ad almeno 8.000-10.000 psi prima di consentirne il funzionamento regolare a 6.000 psi, invece di permettergli di trasportare turisti alla sua massima capacità, come emerso dal test.

Le tattiche di marketing di OceanGate per la navicella spaziale Titan e il relativo pacchetto turistico avventura hanno sollevato dubbi sul fatto che le ispezioni di sicurezza fossero state condotte in conformità con gli standard internazionali.

Il 28 giugno, alcuni detriti del sommergibile Titan sono stati portati a riva nel porto di Saint John, in Canada. Foto: AP

OceanGate aveva precedentemente affermato che il suo prodotto sommergibile era talmente innovativo da superare i tradizionali standard di sicurezza e da essere al di fuori della portata di qualsiasi organismo di regolamentazione. Inoltre, OceanGate ha utilizzato nel suo brevetto il concetto non comprovato di "lega di titanio e fibra di carbonio", invece di identificare chiaramente il materiale come una "lega di titanio" anziché titanio puro e come un composito di fibra di carbonio anziché fibra di carbonio pura.

In realtà, i produttori possono utilizzare materiali più nuovi, più resistenti, più durevoli e più duri, ma devono sempre garantire che gli standard di sicurezza siano superiori ai minimi. L'auto-modifica e la definizione di standard di sicurezza propri comportano sempre il rischio di incidenti.

Questo articolo riflette le opinioni dell'autore, Dang Nhat Minh, attualmente dottorando presso il Centre for Advanced Materials Surface Design (ARC SEAM) dell'Australian Research Council, con sede presso la Swinburne University of Technology di Melbourne.

Dang Nhat Minh

Link alla fonte: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html