Perché il batiscafo Titan potrebbe essere imploso? Le possibili cause tecnico-ingegneristiche

Il batiscafo Titan, scomparso già da diversi giorni nelle profondità dell'Oceano Atlantico, pare sia imploso ad una profondità incognita mentre effettuava la sua ennesima missione in prossimità del relitto del Titanic, a circa 3800 m di profondità. Il batiscafo aveva dunque già fatto la stessa immersione, tuttavia pare che questa volta qualcosa sia andato storto, causando il collasso della struttura portante e la conseguente tragica morte di tutti gli occupanti.

Sebbene non siano ancora del tutto chiare le dinamiche dell'innesco dell'implosione, emergono dubbi già noti da diverso tempo sull'effettiva affidabilità del mezzo. Pare infatti che la società, per minimizzare i tempi associati ai test di qualità, abbia diminuito le procedure di controllo che solitamente vengono svolte su questo tipo di strutture. Pertanto, la causa principale del collasso si pensa attribuibile ad un qualche difetto di funzionamento che sarebbe potuto emergere a seguito dei citati controlli.

In questo breve articolo cerchiamo di capire perché il Titan si è potuto accartocciare su se stesso e di che fenomeno fisico si tratta. Successivamente, descriveremo qualche possibile ipotesi di innesco del meccanismo di crisi.

Le forze in gioco sulla struttura del Titan

Prima di addentrarci nella meccanica del collasso, bisogna fare una riflessione su quali siano effettivamente le forze in gioco sulle strutture portanti del batiscafo. Esso affronta principalmente due condizioni sollecitative, corrispondenti ai due diversi utilizzi:

• Durante l'immersione: in questa fase, il guscio esterno (la struttura portante) è sollecitato da tante forze che spingono verso l'interno le pareti. Stiamo parlando della pressione che l'acqua esercita sulla superfice esterna. La stessa forza la troviamo sulla parete di una diga o, ancora più semplicemente, sul nostro corpo quando noi stessi ci immergiamo in acqua. A differenza di questi esempi, però, l'entità di questa pressione nel caso del Titan è assai più grande, in quanto ci si immerge a grandi profondità. Internamente, c'è una pressione che spinge le pareti verso l'esterno e contrasta quindi, in parte, la pressione esterna. Stiamo parlando, però, di una quantità trascurabile. Pertanto, in questa fase il batiscafo subisce un importante sollecitazione interna al guscio che deve essere contrastata dalla resistenza dei materiali componenti lo stesso.
• A riposo, fuori dall'acqua: in questa fase, pressione interna ed esterna sono comparabili, quindi il mezzo non subisce particolari stress sul guscio. La struttura portante è in questo caso praticamente scarica.

La pressione che, nella fase di immersione, effettivamente è applicata sul guscio più anche variare in relazione al fatto che, per via delle correnti, l'acqua potrebbe essere in moto. In questo caso alla pressione idrostatica va aggiunta anche una componente idrodinamica che, in alcuni casi, può peggiorare le condizioni sollecitative del guscio.

L'instabilità dei gusci

Sembrerà strano, ma se sullo stesso scafo ci fosse stata una distribuzione di pressioni inversa a quella prima citata, cioè una pressione maggiore dentro di quella che insiste fuori, allora non si sarebbe verificata alcuna implosione. Come mai quindi questo fenomeno accade solo in queste condizioni?

Si verifica perché la struttura di sostegno del Titan  risulta essere compressa per effetto di questa differenza di pressione. Le strutture compresse, come cilindri e gusci, sono suscettibili a fenomeni di instabilità dell'equilibrio: ad un certo livello di forza, la compressione interna al materiale, che è ben distante dalla sua effettiva massima resistenza meccanica, genera quello che va sotto il nome di imbozzamento, che nel caso specifico si trasforma in un vero e proprio schiacciamento.

Questo avviene perché il guscio, cominciando ad imbozzarsi, viene sollecitato sempre di più, fino a quando localmente il materiale comincia a rompersi per attingimento della massima resistenza meccanica. Un fenomeno simile si sviluppa quando proviamo a schiacciare dall'alto una lattina: in questo caso, però, la forza che genera instabilità è parallela allo sviluppo del cilindro, mentre nel nostro caso è ortogonale.

Tale livello di forza viene solitamente chiamato, in condizioni ideali, Carico critico Euleriano.

L'implosione diventa quindi la conseguenza dell'innesco di un fenomeno instabile, che si genera perché lo stato sollecitativo interno al guscio portante ha raggiunto un valore critico. Resta da capire perché, pur avendo già fatto altre volte questa traversata, in questa occasione la struttura pare abbia raggiunto questa condizione critica!

Le ipotesi sul perché il Titan sia imploso

Conoscendo poche informazioni in merito all'accaduto e non avendo possibilità di confronto con immagini o video dell'implosione, è difficile definire con precisione quale sia stata la causa scatenante la crisi. Cerchiamo di seguito, tuttavia, di sviscerare alcune tra le plausibili:

• Una sensibile riduzione di pressione interna al batiscafo per guasti e variazioni di temperatura, oppure un incremento di pressione esterna, dovuto per esempio ad una importante componente idrodinamica generata dalle correnti. In entrambi i casi, la conseguenza immediata è un incremento di sollecitazioni interne al guscio fino al valore critico, con successivo innesco del fenomeno instabile. Da qui in poi, l'implosione è irreversibile in quanto il guscio è indebolito e le azioni esterne continuano maggiormente a sollecitare la struttura portante.
• Il raggiungimento della vita a fatica su qualche giunzione che compone il sistema strutturale: come discusso in precedenza, il batiscafo è praticamente "scarico" quando si trova fuori dall'acqua ed estremamente sollecitato quando va in immersione. Questa differenza di sollecitazioni durante la vita del batiscafo genera un fenomeno fisico noto come fatica, tale per cui il materiale tende a degradare la propria resistenza perché si "stanca" a seguito di questi cicli di carico e scarico. Questo scenario avvalorerebbe la discussione relativa alla scarsa presenza di controlli e requisiti di qualità, già denunciata dalla MTS (Marine Technology Society) alla stessa Oceangate (società che ha costruito il batiscafo), in quanto ci si ritroverebbe di fronte ad un fenomeno che poteva essere magari previsto con una più dettagliata sperimentazione.
• Un ipotetico danneggiamento tramite impatto in profondità: rappresenta anche questa una possibile modalità di innesco del fenomeno. Il danneggiamento può essere stato generato in vario modo e a qualsiasi profondità. Un urto per una manovra sbagliata, ad esempio. Cosa accade alla struttura portante se l'urto genera un imbozzamento locale? La presenza di un imbozzamento del guscio agevola e anticipa la nascita del fenomeno instabile, per effetto di una riduzione del Carico Critico prima citato.

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