7 TRASPORTO IDROCARBURI E STOCCAGGIO GAS · 7.1.1 Generalità sul trasporto di idrocarburi...

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TRASPORTO IDROCARBURIE STOCCAGGIO GAS

7.1.1 Generalità sul trasporto di idrocarburi

IntroduzioneA partire dalla seconda metà del 20° secolo il livel-

lo di sviluppo della società è correlato e condizionatodalla disponibilità di energia, per la quale viene richie-sta una distribuzione capillare soprattutto nelle aree adalta densità di popolazione del mondo occidentale. Inquesto contesto gli idrocarburi liquidi e il gas naturalegiocano un ruolo preminente, e il loro trasporto dallearee di produzione verso il mercato è un fattore di rile-vanza strategica, cui vengono talvolta attribuite respon-sabilità di instabilità politica nelle regioni attraversate(Rifkin, 2002).

La necessità di trasportare gli idrocarburi su lunghedistanze viene solitamente affrontata proponendo duesoluzioni: il trasporto mediante cisterna, via terra (sustrada e su ferrovia) e via mare (su nave); il trasportomediante condotta attraverso il territorio, lungo le diret-trici del mercato ‘disponibilità-domanda’. La scelta trale due tecnologie di trasporto dipende dal costo di inve-stimento e di esercizio e dalla sicurezza dell’approvvi-gionamento di energia nel tempo, sia in termini tecnici(con particolare riguardo all’affidabilità della infra-struttura), sia in termini strategici, in relazione alle crisipolitiche verificatesi all’inizio del terzo millennio nelleregioni della Terra più ricche di idrocarburi (Medio Orien-te, Russia e altri paesi ex sovietici). La soluzione cister-na si presenta flessibile, con costi di investimento con-tenuti, in particolare grazie alla disponibilità di infra-strutture quali strade e ferrovie sufficientemente adeguate,cui fanno comunque riscontro costi di esercizio moltoelevati (Kennedy, 1984). La flessibilità, in particolare lalibertà di scelta dei mercati cui accedere per l’approvvi-gionamento degli idrocarburi, e un certo grado di libertànella locazione dei terminali di ricevimento e stoccag-gio del prodotto sono certamente aspetti rilevanti nella

scelta, cui però possono contrapporsi problemi di sicu-rezza e di impatto ambientale che talvolta presentanoaspetti molto critici. La soluzione cisterna è spesso adot-tata per trasportare su distanze terrestri medio-brevi gliidrocarburi liquidi e, sempre più estensivamente in que-sti ultimi anni, sulle lunghe distanze oceaniche il gasnaturale liquefatto mediante processi termofisici. Lasoluzione cisterna è necessariamente adottata per tra-sporti terrestri su lunga distanza di prodotti liquidi, trale regioni continentali remote e l’utenza costiera, predi-sponendo le infrastrutture dedicate per trasporto su ruotae rotaia. La soluzione condotta è certamente un’opzio-ne rigida rispetto alla precedente e richiede un investi-mento iniziale molto elevato, a fronte di costi di eserci-zio non particolarmente onerosi. In ragione della stati-cità della infrastruttura di trasporto, un fattore decisivonella scelta della opzione condotta è rappresentato dallastabilità politica dell’area attraversata. Infatti, se pur inter-rata o sottomarina (in misura minore), una condotta risul-ta sempre vulnerabile, essendo fissa, riconoscibile edestesa in lunghezza, il che rende inapplicabile una pro-tezione attiva efficace attraverso territori ostili.

L’attenzione corrente della tecnologia è rivolta soprat-tutto al trasporto di idrocarburi su lunga distanza, in quan-to le nuove risorse risultano quasi sempre lontane daimercati, per esempio, in zone artiche e subartiche o nellearee più interne dei continenti. Il trasporto su lunga distan-za diventa un aspetto cruciale della stessa strategia esplo-rativa delle compagnie petrolifere operanti su scala inter-nazionale, in relazione alla fattibilità tecnica e alla com-petitività economica della soluzione di trasporto adisposizione. Una menzione particolare merita lo sfrut-tamento del gas naturale, argomento molto discusso neivari contesti internazionali dell’energia in questo iniziodi 21° secolo, in quanto c’è consenso nel ritenere chela politica energetica degli Stati si stia spostando dal-l’impiego dell’olio combustibile verso un uso semprepiù massivo del gas naturale, per coprire la domanda

7.1

Trasporto in condotta

771VOLUME I / ESPLORAZIONE, PRODUZIONE E TRASPORTO

crescente di energia e la contemporanea riduzione dellescorte liquide, anche in relazione a un impatto sull’am-biente derivante dalla combustione del gas naturale, rite-nuto sostenibile.

L’industria per la ricerca e l’estrazione degli idrocar-buri ha sempre ritenuto non competitivo il trasporto sulunga distanza del gas naturale, a causa dell’elevato costodi trasporto dell’unità di massa (e quindi di energia) rispet-to agli idrocarburi liquidi, che a parità di volume sonodecisamente a più alto contenuto calorifico. Ciò ha por-tato a limitare l’attività di esplorazione per la ricerca deigiacimenti di gas naturale, sulla cui disponibilità le cifreattualmente presentate dall’industria del petrolio risulta-no di conseguenza approssimate per difetto. La crisi ener-getica e le tensioni internazionali nei mercati tradiziona-li della fine del 20° secolo hanno però portato a rivede-re la posizione delle compagnie petrolifere. Il trasportodel gas, in particolare di grandi quantità (per esempio,10-20 miliardi di metri cubi all’anno) su lunga distanza,attraverso una condotta ottimizzata nei costi e affidabilenel tempo, sta diventando argomento centrale nei pianidi sviluppo di trasporto del gas da regioni remote, qualile regioni artiche e le regioni più interne del continenteeurasiatico. La fig. 1 mostra le opzioni ottimali per por-tare il gas naturale sul mercato, in funzione di distanza evolume. È uno schema condiviso da molte compagniepetrolifere, che proviene da studi approfonditi svolti invari contesti (energia, finanza, politica) per individuarele tecnologie più opportune per lo sfruttamento di giaci-menti di gas presenti in regioni remote.

Esiste quindi una contrapposizione attiva tra la fles-sibilità del sistema di trasporto mediante cisterna, basa-to su impianti di liquefazione e rigasificazione costieri,e la economicità del trasporto del gas naturale su lungadistanza mediante condotta. Il trasporto in condotta impie-ga non più del 10% dell’energia contenuta nel gas tra-sportato, rispetto al 30% impiegato nella opzione gas

liquefatto. Un’analisi comparativa dei costi evidenziainoltre che per le condotte su lunga distanza il costo attua-lizzato del trasporto nel 2000 varia tra 1,4 e 1,8 dollariUSA per unità di energia trasportata (1 milione di BTU),mentre il costo del trasporto di gas naturale liquefatto èdell’ordine di 2,5-2,7 dollari USA a parità di energia tra-sportata.

Brevi cenni storiciIl trasporto di idrocarburi in condotta non è partico-

larmente conosciuto dall’opinione pubblica, in quantole condotte sono in genere interrate o sottomarine e noninterferiscono, o almeno non dovrebbero interferire, conle attività umane. Esso viene alla ribalta esclusivamen-te quando un’interferenza accidentale provoca danni alpatrimonio o alla salute pubblici. Per chi opera nell’in-dustria degli idrocarburi, le condotte risultano un inve-stimento da gestire con grande cura, in quanto sono ele-menti portanti della politica energetica di uno Stato, siaquando sono direttrici principali dell’importazione daimercati esteri, sia quando contribuiscono alla distribu-zione capillare del prodotto finito sul territorio.

L’impiego della condotta per il trasporto di fluidi hauna lunga storia. In Mesopotamia e in Egitto, 5.000 anniprima di Cristo, condotte in argilla venivano impiegateper scopi di irrigazione e drenaggio. In Cina, nel 5° seco-lo a.C., condotte di bambù fasciate da tele impregnate dicera venivano impiegate per trasportare il gas naturaleverso la capitale dell’impero, Pechino, a scopo di illu-minazione. I Romani, durante la fase aurea dell’impero,impegnati a realizzare grandi infrastrutture quali gliacquedotti, impiegavano condotte in piombo nei raccor-di più importanti della rete. Fino al 18° secolo, in parti-colare nell’architettura e nell’urbanistica dell’età rina-scimentale, si possono riscontrare molti esempi di impie-go di condotte per collegamenti idraulici tecnicamenteinteressanti, sia per il trasporto dell’acqua sia per il tra-sporto di idrocarburi impiegati nell’illuminazione pub-blica, ma con tecnologie che non si discostavano moltoda quelle impiegate dai Romani. Un contributo signifi-cativo è rappresentato, nel 18° secolo, dall’introduzio-ne di tubi e componenti in ferro fuso, per acquedotti escarichi, talvolta per il trasporto del gas per l’illumina-zione. Nel 1879, a seguito della scoperta di un giaci-mento di petrolio in Pennsylvania, fu realizzata una primacondotta, con un diametro di 15 cm, per il trasporto delpetrolio attraverso lo Stato su una distanza di circa 180km. Nella stessa area, nove anni più tardi fu realizzataun’altra linea, di 20 cm di diametro, per il trasporto delgas naturale dalla Pennsylvania allo Stato di New York,di circa 120 km di lunghezza. Erano gli inizi di unaindustria che, a cavallo tra il 19° e il 20° secolo, adot-tava le soluzioni più innovative principalmente negliStati Uniti, in Venezuela e nell’area a ovest del MarCaspio. In quegli anni l’industria meccanica pesante

772 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

TRASPORTO IDROCARBURI E STOCCAGGIO GAS

gasdotti

0

25

20

15

volu

me

gas

(109

Sm

3 /ann

o)

10

5

01.000 2.000 3.000

distanza (km)4.000 5.000 6.000

liquidi da gassyndiesel, dimetiletere, metanolo

corrente elettricaalternata e continua

GNL

fig. 1. Le opzioni dell’industria per il trasportodel gas al mercato, in funzione di distanza e volume.

cominciava a produrre tubi in acciaio ad alta resistenza,che al tempo prevedevano giunzioni filettate, comples-se e poco efficienti per condotte adibite al trasporto diidrocarburi su lunga distanza. L’introduzione della sal-datura ad arco sommerso, all’incirca nel 1920, ha cam-biato sostanzialmente lo scenario ed è iniziata da allorala realizzazione di condotte di grande diametro, chepotremmo definire moderne.

La maggior parte delle condotte oggi in esercizio èstata realizzata a partire dalla Seconda Guerra Mondia-le, in molte circostanze per rispondere a esigenze moltoparticolari di uno Stato. Così è avvenuto, per esempio,negli Stati Uniti dove, durante la Seconda Guerra Mon-diale, tra il 1942 e il 1943, vennero realizzati il Big Inche il Little Big Inch per il trasporto dell’olio combustibi-le dal Texas ai porti sulla costa nord-orientale, allo scopodi evitare il pericolo di attacchi alle navi cisterna costie-re da parte dei sottomarini tedeschi. L’embargo del petro-lio arabo del 1974, a seguito della crisi medio-orientaleprovocata dalla Guerra del Kippur, ha accelerato la rea-lizzazione della condotta per trasportare olio combusti-bile dai ricchi giacimenti di Prudhoe Bay, nella parte set-tentrionale dell’Alaska bagnata dal Mare di Beaufort,fino al terminale di Valdez, nella estremità meridionaledell’Alaska sull’Oceano Pacifico, dove le navi cisternapotevano avere accesso anche nella stagione invernale(Williams, 1999). Attualmente, data l’instabilità politi-ca nel Medio Oriente, le compagnie petrolifere si stan-no muovendo verso lo sfruttamento dei giacimenti di gas(in mare) dell’Artico Canadese, con trasporto verso gliStati Uniti mediante condotte che attraversano aree dif-ficili e particolarmente sensibili da un punto di vistaambientale (Cope, 2004).

Mentre nel primo caso ci si trova di fronte a una sem-plice accelerazione dello sviluppo di una infrastrutturacomunque pianificata, nel secondo e nel terzo caso sitratta di una sfida per la tecnologia del tempo. Nel casodel cosiddetto ‘oleodotto trans-alaskano’, per la primavolta tecnologia e ingegneria sono state impiegate inten-sivamente nella realizzazione di una condotta, con lafinalità di superare le difficoltà previste dal progetto,quali permafost, aree montuose e vulcaniche, alto rischiosismico, ambiente molto vulnerabile, ecc. Il risultato èstato certamente soddisfacente (30 anni circa di eserci-zio lo confermano), al di là dei costi più elevati richie-sti dalla realizzazione di una simile infrastruttura. Si ritie-ne che da questo progetto sia partita la sfida delle con-dotte sottomarine attraverso i fondali profondi, comerisulta evidente dalla iniziativa tecnologica intrapresanegli anni Settanta in questo settore dell’industria petro-lifera (sfociata nella realizzazione di tre condotte nelMediterraneo che toccano la profondità, allora ritenutaabissale per le condotte sottomarine, di circa 600 m).

Lo sviluppo della rete di condotte in Europa (Russiacompresa) è stato molto più graduale di quanto non sia

stato negli Stati Uniti, e non necessariamente vincolatoa vicende politiche importanti. Come caso particolare vamenzionata l’Italia, che negli anni Settanta si è mossa,per prima nel mondo occidentale, verso una politica ener-getica basata sul gas metano, con la realizzazione delleprime dorsali di trasporto del gas attraverso i fondaliprofondi del Mediterraneo (canale di Sicilia e stretto diMessina).

Quando si parla di condotte sottomarine, solitamen-te ci si riferisce a:• linee dedicate al trasporto del prodotto (in genere

multifase od olio), da una piattaforma a un termina-le marino per il trattamento per successiva esporta-zione, ovvero da una piattaforma a un terminale aterra (olio e gas, talvolta multifase); le lunghezzesono inferiori a 100 km, per diametri che vanno da12'' a 18'' (30,5-45,7 cm ca.);

• linee dedicate all’attraversamento di grandi bacinimarittimi, quali il Mediterraneo e il Mare del Nord,tra una sponda e l’altra (per esempio, tra l’Africa set-tentrionale e la Sicilia, tra la Norvegia e il resto del-l’Europa settentrionale); sono lunghe linee per il tra-sporto del gas, su distanze tra 100 e 1.000 km, pergrandi diametri, tra 20'' e 44'' (50,8-112 cm ca.).Esistono anche condotte sottomarine che mettono in

comunicazione le diverse aree in cui è suddivisa la pro-duzione di un giacimento di grande estensione, traspor-tano olio e/o gas (talvolta un prodotto multifase), sonodi piccolo diametro, tra 4'' (10,2 cm ca.) e 16'' (40,6 cmca.), e di lunghezza inferiore a 10 km.

Le più antiche condotte sottomarine sono state pergli scarichi a mare, i primi realizzati nel 19° secolo. Iprimi impieghi nell’industria degli idrocarburi sono statibrevi linee di carico-scarico, che venivano costruite aterra e quindi trainate in galleggiamento e posizionatesul fondale del mare con l’ausilio di mezzi navali ed equi-paggiamenti non particolarmente sofisticati. Questa èuna tecnologia ancora oggi impiegata per tali scopi, arric-chita ovviamente da equipaggiamenti più dedicati e poten-ti. L’industria per lo sfruttamento delle risorse sottoma-rine è comunque relativamente recente. Le prime con-dotte sottomarine sono state installate nell’immediatodopoguerra, nel Golfo di Maracaibo (Venezuela) e nelMar Caspio. Erano brevi, di piccolo diametro e poste inacque relativamente basse. L’esigenza di muoversi sudistanze più lunghe e fondali più profondi venne imme-diatamente dopo. A tale proposito è rilevante quanto rea-lizzato durante la Seconda Guerra Mondiale, in conco-mitanza con lo sbarco in Normandia delle truppe anglo-americane. I militari chiesero a una compagnia petroliferabritannica, che successivamente sarebbe diventata la Bri-tish Petroleum, di installare una condotta tra la Gran Bre-tagna e la Francia attraverso il Canale della Manica. Nellostudio del progetto denominato PLUTO (Pipe Line UnderThe Ocean) furono individuati due tipi di condotta, uno


TRASPORTO IN CONDOTTA

simile a un cavo sottomarino con un tubo in piombo,rinforzato esternamente da strati di fili in acciaio immer-si in una matrice resinosa, l’altro costituito da una nor-male tubatura in acciaio, con saldature di testa e senzaprotezione anticorrosiva (Searle, 1995). La scelta caddesul primo tipo: le prove furono eseguite rapidamente nelgiro di qualche settimana e il tubo di piombo rinforzatovenne realizzato a terra e arrotolato su rocchetti galleg-gianti, che furono trainati da alcuni rimorchiatori da cuisi operava per srotolarlo e appoggiarlo sul fondale. Lacondotta collegava l’isola inglese di Wight con la peni-sola Cotentin in Francia. L’operazione di varo durò intotale solo 10 ore (una prestazione eccellente anche peri tempi correnti), e ancora oggi si discute sulla efficaciache ha avuto la soluzione PLUTO nel trasporto median-te navi cisterna, nei porti che immediatamente dopo losbarco erano stati riportati, dal genio militare degli allea-ti, alla funzionalità.

Quando oggi si parla di trasporto di idrocarburi incondotte sottomarine in acque profonde e su lunghedistanze, solitamente si fa riferimento al gas, che vienetrasportato ad alta pressione, sempre maggiore di 10MPa, per garantire portate significative, con diametrinon particolarmente grandi e quindi non difficili da instal-lare con l’equipaggiamento a disposizione (Bruschi,2002). Il trasporto dell’olio, se pur trattato per evitareproblemi di corrosione, su lunghe distanze sottomarineè limitato dagli aspetti di pompaggio, che impongono lapresenza di stazioni intermedie, e quindi costi che ren-dono tale trasporto non competitivo rispetto a quello tra-dizionale con navi cisterna. Il problema della spinta diven-ta quasi insormontabile quando il fondale da attraversa-re è particolarmente irregolare, con discese profonde esalite ripetute (esempio tipico sono i profili delle con-dotte che attraversano il Mediterraneo), al punto che gliunici esempi di condotte per l’olio sottomarine di lun-ghezza significativa si incontrano nel Mare del Nord, supercorsi che prevedono una risalita particolarmente rego-lare tra i 70 m del bacino di produzione di Ekofisk, nelsettore norvegese del Mare del Nord, e il terminale a terrain Gran Bretagna.

Tipologia e classificazioni delle condotteLa condotta è un sistema che prevede diverse com-

ponenti quali valvole, elementi di raccordo, pompe (liqui-di) e compressori (gas), misuratori di portata, dispositi-vi per l’ispezione, trasduttori, protezione catodica, siste-mi di controllo, ecc. La fig. 2 mostra uno schema delsistema di trasporto in condotta, con le varie componentimesse in evidenza. Le figg. 3 e 4 mostrano il flusso delprocesso decisionale che porta alla realizzazione di unacondotta per l’esportazione del prodotto da un giacimentoin fase di sfruttamento: la prima mostra lo sviluppo dellevarie fasi dell’ingegneria che portano alla realizzazionedi una condotta di esportazione; l’altra l’interazione tra

le varie discipline che partecipano allo sviluppo di unprogetto di condotta di esportazione.

Le condotte principali o di esportazione che partonodall’impianto di spinta possono essere classificate sullabase di:• ambiente attraversato, per esempio condotte di terra

o condotte sottomarine, con sottoclassi che qualifi-cano ulteriormente le principali caratteristiche qualiil profilo altimetrico, la natura dei terreni, ecc.;

• prodotto trasportato, se liquido o gassoso o multifa-se, con sottoclassi che qualificano i parametri flui-dodinamici del trasporto quali pressione, temperatu-ra, velocità, ecc.;

• materiale con il quale vengono realizzate, il tipicoacciaio al carbonio-manganese o leghe speciali resi-stenti alla corrosione, e saldature con cui vengonoassemblate;

• tecnologie impiegate nella costruzione, in particola-re quelle relative alla posa in opera e ai lavori richie-sti per l’interramento, sia per le condotte a terra cheper le condotte sottomarine.La peculiarità che una condotta ha rispetto agli altri

sistemi di trasporto riguarda:• l’esercizio, in relazione al costo del trasporto delle unità

di energia e delle capacità di trasporto attraverso ambien-ti che possono risultare particolarmente ostili;



pozzilinee di raccolta reiniezionee raccordo

linea di impianto condotte esportazione

utilizzatori utilizzatori

utilizzatori utilizzatori

terminale

stazioni di compressione

trattamentoolio/gas

distribuzione

distribuzione

fig. 2. Schema elementare di un sistema di trasporto con le varie componenti.

• l’ambiente, in relazione al fatto che, una volta ter-minate le operazioni relative alla fase di costruzionedi una condotta (che richiedono particolari attenzio-ni soprattutto negli ambienti più vulnerabili), que-st’ultima non ha alcun impatto durante l’esercizio;

• la sicurezza, evidenziata da ratei di guasto soddisfa-centi sia per quanto concerne il trasporto di prodot-ti liquidi che per quelli gassosi; il trasporto di gas adalta pressione può comunque presentare probleminelle aree densamente popolate, superabili esclusi-vamente con l’impiego di materiali di elevata qua-lità, con costruzione accurata pianificata nel tempoe nel rispetto del territorio, e con la gestione del tra-sporto ad alto controllo a garanzia dell’ambiente,della proprietà e della salute.L’ingegneristica coinvolta nella realizzazione delle

condotte riguarda:• l’ottimizzazione del sistema di spinta, in ragione del

profilo altimetrico del percorso, dei diametri instal-labili, della distanza da percorrere, della portata dagarantire;



fase esecutivafase di definizione

ingegneria di base

valutazione dei rischi

piani di sviluppo

sviluppo della strategiacontrattuale

processo di offerta

pre-qualifiche

contenuti e strutturadell’offerta

valutazione dell’offerta

strategia tecnica

strategia commerciale

strategia della tempistica

strategia dell’interfaccia

ingegneria concettuale

budget di progetto

tempistica di progetto

specifiche di progetto

basi per ingegneriadi dettaglio

ingegneria di dettaglio

fornitura di materiali

fabbricazione

installazione

collaudi

fig. 3. Le fasi dello sviluppo di un progetto di trasporto in condotta.

rotta sicurezza

idraulica

ambiente

meccanica

materiali

soluzionedi progetto

soluzionedi gestione

corrosionee protezione

disponibilità

attraversamenti terminalie stazioni collaudi controllo

strumentale

fig. 4. Le discipline che intervengono nella realizzazione di una condotta per il trasporto di idrocarburi.

• l’analisi dell’ambiente, per quanto concerne l’idro-morfogeosismologia, i suoli attraversati e la loro sta-bilità, le condizioni ambientali in prossimità del fondo;

• il dimensionamento di massima e la scelta dei mate-riali, in ragione del prodotto trasportato e delle pre-stazioni meccaniche richieste dall’esercizio e dal-l’ambiente;

• la progettazione dell’installazione, che riguarda siala capacità di seguire un certo profilo del letto di posa,sia l’integrità della condotta durante le operazioni diposa, particolarmente per le condotte sottomarine,per le quali l’installazione prevede elevate sollecita-zioni da sommare alla pressione esterna, e talvoltafondali accidentati ove la condotta deve risultareappoggiata, evitando che rimanga sospesa per lun-ghi tratti;

• la progettazione dell’esercizio che, sulla base dei pro-fili di pressione e temperatura ipotizzabili per il flui-do trasportato, verifica la capacità della condotta disostenere i carichi operativi e i carichi ambientaliaggiuntivi;

• la progettazione del sistema di controllo del proces-so di trasporto e la programmazione razionale delleprocedure e degli equipaggiamenti per l’ispezione ela manutenzione ordinaria e straordinaria della con-dotta.Il livello della progettazione è sempre correlato al

livello di approfondimento della conoscenza delle con-dizioni ambientali e dipende dalla vulnerabilità del-l’ambiente attraversato, dalle peculiarità del percorsoottimale, dalla difficoltà delle condizioni di esercizio,dalla rilevanza strategica.

Sicurezza, conseguenze di rilascio del prodotto, rischio

La sicurezza del trasporto di idrocarburi in condottaè misurata in base alla probabilità di occorrenza di dan-neggiamenti che possano implicare una perdita di conte-nuto, da fessurazioni parziali che si formano sulla pare-te (riscontrabili immediatamente durante la costruzioneo in concomitanza della prova di collaudo idraulico, duran-te l’esercizio a seguito di misurazioni strumentali ordi-narie di controllo della portata nella stazione di spinta eal terminale di ricevimento, a conclusione di una ispe-zione ordinaria ovvero straordinaria perché motivata daeventi ambientali eccezionali o da attività umane), o ancheda evidenze macroscopiche di rottura e/o scoppio.

Le conseguenze del rilascio di un prodotto riguarda-no l’ambiente; quelle legate al rilascio di prodotti liqui-di (inquinamento paesaggistico e della falda freatica,impatto su flora e fauna, danno alle attività umane local-mente interessate dal passaggio della condotta o global-mente legate alla disponibilità del prodotto, ferimento omorte di addetti alla condotta o terze parti accidental-mente coinvolte, ecc.) sono particolarmente critiche. Nel

caso di rilascio gassoso, il pericolo di esplosione e incen-dio incrementa significativamente il potenziale coinvol-gimento delle attività umane circostanti, quindi le con-seguenze sulla salute di addetti e di chi opera nelle vici-nanze (episodi di rilascio gassoso con esplosione e/oincendio si sono verificati negli Stati Uniti e in Europa).

Il rischio di un trasporto in condotta viene definitocome prodotto tra la probabilità di perdita o rottura el’entità delle conseguenze della stessa: • nel caso del trasporto di gas, tale entità è misurata

dal volume di gas che può essere rilasciato nell’am-biente, pertanto lungo la condotta vengono poste dellevalvole di intercettazione del gas a distanze regolariin relazione alle caratteristiche ambientali e socialidelle aree attraversate;

• nel caso del trasporto di liquido, l’entità delle con-seguenze è legata al volume rilasciato nell’unità ditempo, alle condizioni atmosferiche e idrauliche dellalocalità dove avviene il rilascio (quale per esempiola distanza dalla costa per le condotte sottomarine),alla tempestività e alla tecnologia disponibile perinterventi di mitigazione e recupero ambientale, sem-pre in relazione alle caratteristiche naturali e socialidelle aree attraversate.Vanno anche considerate le conseguenze che un inci-

dente può avere sulla reputazione della compagnia respon-sabile del trasporto, che possono tradursi in un impattoeconomico pari al costo dell’incidente stesso e che per-tanto possono risultare argomento primario nelle anali-si di rischio eseguite dall’operatore della condotta. Leanalisi quantitative di rischio (definito, come già detto,dal prodotto tra la probabilità di occorrenza di un inci-dente e l’entità delle conseguenze che ne derivano) sonodiventate, negli anni Novanta, una fase necessaria nellaprogettazione di una condotta e coinvolgono competen-ze multidisciplinari, quali: • fluidodinamica ambientale, chimica e termodinami-

ca delle reazioni; • fisica della diffusione del prodotto per lo studio delle

conseguenze; meccanica dei processi di interferen-za e danneggiamento, geotecnica e fisica/chimicadell’ambiente ove si verifica il danneggiamento, ana-lisi dell’integrità strutturale, metallurgia e suscetti-bilità all’ambiente dei materiali, delle protezioni atti-ve e passive, ecc., per lo studio della sicurezza e quin-di dell’integrità strutturale.La sicurezza del trasporto degli idrocarburi in con-

dotta è di pertinenza della progettazione, e viene valu-tata in due modi: • analiticamente, quando si identificano i requisiti

quantitativi di sicurezza da perseguire in un proget-to (nelle verifiche di funzionamento, espresse conequazioni dedicate, i requisiti minimi sono correla-ti tramite una serie di coefficienti di sicurezza allaprobabilità di occorrenza di malfunzionamento che



conduce a danneggiamento misurabile e/o rottura conassociata perdita del prodotto), in relazione al tipo diprodotto trasportato, alle tecnologie di fabbricazio-ne e di costruzione previste, alle condizioni di eser-cizio e controllo dei parametri rilevanti, alle condi-zioni ambientali e sociali delle regioni attraversate;

• consuntivamente, quando sono raccolte ed elabora-te le risultanze, per tipologia e frequenza, di incidentiverificatisi durante la costruzione e l’esercizio neglianni di condotte simili, nei vari contesti tecnologici,operativi e ambientali. Facendo riferimento al metodo analitico, una pro-

gettazione basata su norme che perseguano esplicita-mente obiettivi di sicurezza quantitativi, attraverso unaserie di fattori di sicurezza calibrati sulla probabilità dinon superamento della condizione di funzionamento,garantisce una sicurezza nominale al progetto. Talvoltala richiesta di verifiche specifiche non coperte dalla nor-mativa, ovvero la necessità di verificare il livello di sicu-rezza di una condotta in esercizio, comporta un’analisiprobabilistica completa, ove:• vengono identificate le condizioni di funzionamen-

to rilevanti, e quindi le relazioni funzionali tra i para-metri di progetto, che consentono di interpretare leprestazioni attraverso modelli;

• vengono analizzate le incertezze che influenzano iparametri rilevanti, per ciascuna delle relazioni fun-zionali identificate, nel descrivere il passaggio da unacondizione di funzionamento a una condizione di nonfunzionamento e vengono definiti le distribuzionistatistiche e i parametri rilevanti sulla base di infor-mazioni quali riscontri sperimentali, prove di quali-fica e progettazione;

• le misure di incertezza vengono utilizzate sia per cal-colare la probabilità di superamento di una condi-zione di funzionamento limite, sia per calibrare fat-tori di sicurezza da applicare ai singoli parametri diprogetto, perché le probabilità di superamento dellacondizione di funzionamento limite risultino infe-riori a un certo valore di obiettivo.Gli argomenti suddetti sono stati introdotti negli anni

Novanta, in particolare per le condotte sottomarine, e sonodiventati attuali nello sviluppo dei progetti di frontierapianificati nella prima decade del terzo millennio (i pro-getti nell’isola di Sakhalin e in America Settentrionale).

Per quanto riguarda la verifica della prestazione dellecondotte nel tempo, basata sulle analisi dei dati di inci-denti verificatisi in circa 30 anni di esercizio delle con-dotte moderne (1970-2000), enti governativi e privati sioccupano da anni di raccogliere tali dati e di omoge-neizzarli per una analisi critica. In Europa (Bruschi,2002) e negli Stati Uniti, i dati raccolti consentono diavere un quadro completo sull’adeguatezza della tec-nologia impiegata dall’industria nel settore in oggetto,consistentemente con quanto viene ritenuto accettabile

nell’industria. In generale l’unità di misura della pre-stazione è espressa in numero di incidenti per anno eper chilometro di condotta. Per esempio, nella bancadati di EGIG (European Gas pipeline Incident dataGroup; Bruschi, 2002) sono documentati all’incirca1.060 incidenti per una esposizione totale di 2,4 milio-ni di km all’anno. Nella banca dati di CONCAWE (CON-servation of Clean Air and Water in Europe) è docu-mentato un totale di 394 incidenti, per una esposizionetotale di 700.000 km all’anno. La banca dati statuniten-se del DOT/OPS/RSPA (Department of Transport, Of-fice of Pipeline Safety, Research and Special ProgramAdministration) comprende incidenti su condotte per iltrasporto di olio e gas, sia sottomarine sia terrestri, inclu-se le stazioni di spinta e di misura. Per le condotte a terra,l’interferenza esterna con attività umane (scavi per lavo-ri di utilità civile, aratura e pozzi idrici nell’attività agri-cola) è di gran lunga la causa più frequente di inciden-ti, soprattutto nel caso di condotte con diametri piccoli.La copertura è un parametro determinante, insieme allospessore della condotta e alla localizzazione, rurale, sub-urbana o urbana. Altre cause rilevanti sono la corrosio-ne, le cause meccaniche (principalmente in fase di costru-zione), gli errori operativi e gli eventi naturali.

È difficile fare analisi comparative tra le varie ban-che dati, sia in quanto spesso la definizione di inciden-te non è omogenea e i dati di incidente non sono dispo-nibili allo stesso livello di dettaglio, sia a causa delladiversità di ciascuna condotta in termini di tecnologia,criteri di progetto, equipaggiamento per la costruzionee la gestione, condizioni di esercizio e condizioni ambien-tali. Una media pesata delle prestazioni di trasporto, rica-vata dalle statistiche di incidente delle varie banche dati,fornisce le seguenti indicazioni in termini di incidentiper anno per km di condotta durante il periodo 1970-2000: nel caso di condotte per gas, il rateo di guasto siè abbassato da 0,8-1,5 a 0,15-0,21 per 1.000 km di con-dotta; nel caso di condotte a olio, il rateo di guasto si èabbassato da 1,2-1,8 a 0,3-0,6 per 1.000 km di condot-ta. Questi valori, quando vengono paragonati con quel-li derivanti da altre attività dell’industria chimica o del-l’energia, risultano molto soddisfacenti e testimonianoil ruolo attribuito negli anni alla innovazione tecnologi-ca dall’industria del trasporto dei prodotti petroliferi.

Per le condotte sottomarine, la banca dati predispo-sta dall’ente governativo britannico HSE (Health, Safetyand Environment), riguardante le condotte sottomarinenel Mare del Nord, è molto dettagliata, soprattutto perquanto riguarda gli incidenti occorsi dagli anni Novan-ta in poi. Sono documentati in totale 542 incidenti: 396riguardanti condotte in esercizio (dei quali 209 in con-dotte rigide in acciaio e gli altri in condotte flessibili,realizzate con plastica rinforzata da carcassa metallica,e in punti di discontinuità quali valvole e flange); 65 diquesti incidenti hanno portato a perdita di prodotto. Così



come per il caso delle condotte a terra, gran parte degliincidenti è dovuta a corrosione (�40%) e interferenzaesterna (�39%), mentre solo il 6% a cause ambientali,malgrado le severe condizioni climatiche del Mare delNord. Questa statistica si riferisce a una esposizione dicirca 100.000-1.000.000 di km all’anno e, sebbene moltopiù dettagliata della corrispondente per le condotte aterra, è comunque insufficiente a definire un rateo diguasto oggettivo per un’applicazione di natura generalealle analisi di rischio, in quanto limitato da: • disomogeneità del campione in termini di tecnolo-

gia, materiali ed equipaggiamento per la costruzio-ne, di criteri di progetto, di condizioni di esercizio edi condizioni ambientali (acque basse, acque profon-de, ecc.);

• definizione di rottura (perdita o interruzione del tra-sporto) e/o disponibilità del trasporto a seguito del-l’incidente. Si può comunque captare un segnale molto forte da

questi dati, riscontrabile anche da quelli relativi alle con-dotte a terra, riguardante il ruolo dello spessore del tubonella capacità della condotta di superare gli incidenti piùfrequenti: condotte di grande diametro, alta pressione edelevato spessore risultano molto sicure, ma l’aumento dispessore, solitamente adottato in prossimità delle zone disicurezza ovvero ove si svolgono le attività da parte degliaddetti, non garantisce di per sé sicurezza. Il significatoè che un elevato spessore di acciaio evita lungo gran partedel percorso perdite del prodotto a causa di incidenti, manon è sufficiente a evitare incidenti dove un’attività umanacongestionata risulti povera di procedure adeguate.

7.1.2 Il percorso attraverso gli ambienti

Selezione del percorso per le condotte terrestri

La realizzazione di una condotta per il trasporto diidrocarburi è condizionata dalle caratteristiche del terri-torio che dovrà attraversare e dall’esigenza di minimiz-zare l’impatto ambientale, in particolare durante la costru-zione. Le tematiche ambientali relative all’area interessa-ta riguardano gli aspetti idrogeomorfologici, la vegetazionee il paesaggio, ma anche i vincoli legislativi presenti sulterritorio. La scelta del percorso ottimale deve coniugarele esigenze di carattere tecnico-economico con quelle dellatutela dei luoghi attraversati, all’interno del campo di varia-zione dei parametri che caratterizzano la fattibilità tecni-co-economica di un attraversamento.

Il processo di ottimizzazione si svolge attraverso unaserie di fasi di proposta, controllo e verifica (Mohitpouret al., 2000), che includono la scelta preliminare di mini-ma percorrenza basata sullo studio di carte e foto aeree,

la valutazione critica e il perfezionamento dei tracciatiproposti, la definizione del percorso più promettente, ilsopralluogo visivo e strumentale dello stesso, l’analisiingegneristica, le operazioni legali finalizzate all’otte-nimento dei vari permessi. Un aspetto critico del pro-cesso di scelta riguarda i vincoli presenti sul territorioche impongono l’esclusione di certi passaggi e obbliga-no a soluzioni non ottimali da un punto di vista econo-mico e tecnico, benché entro limiti comunque accetta-bili. La raccolta della cartografia disponibile dell’areain esame, possibilmente in scala 1:50.000, oltre che dellefoto aeree, risulta determinante. La tecnologia più recen-te mette a disposizione una cartografia da satellite estre-mamente sofisticata, con vari livelli di dettaglio, cherende la fase di ingegneria sulle carte molto più effica-ce di quanto fosse precedentemente. Sono disponibilimappe, oltre che di tipo geografico, anche a caratteretematico (Champlin, 1973) che consentono di descrive-re la condizione complessa del territorio attraversato sottodiversi punti di vista, evidenziando la presenza degli ele-menti vincolanti. La selezione preliminare conduce ingenere al tracciamento di varie rotte possibili, che evi-tano le aree critiche e sfruttano al meglio i percorsi carat-terizzati da condizioni favorevoli alla realizzazione eall’esercizio della condotta.

Gli elementi che condizionano la scelta sono molte-plici e di varia natura, di carattere sia restrittivo-legalesia tecnologico. Nel caso di fiumi, torrenti, laghi e palu-di è, per esempio, imperativo evitare la realizzazione diattraversamenti in aree potenzialmente soggette all’a-zione erosiva o in zone in cui la naturale evoluzione puòcoinvolgere nel tempo la condotta. Dal punto di vistamorfologico e fisiografico, va evitato l’attraversamentodi pendii molto ripidi ovvero di terreni erodibili o trop-po duri per le normali operazioni di scavo della trinceadi posa della condotta. La sismicità del territorio e la pre-senza di eventuali faglie (Champlin, 1973) possono risul-tare vincolanti. In relazione alle tematiche ambientali,devono essere evitati le aree di riproduzione faunisticae gli habitat delle specie protette, così come le aree e isiti di interesse storico, archeologico e paesaggistico.Fattori critici che condizionano la selezione del traccia-to di una condotta sono inoltre l’attraversamento di stra-de, ferrovie o condotte, di aree densamente popolate osottoposte a vincolo (parchi nazionali, riserve naturali,boschi di pregio e aree di ripopolamento), ma anche lafacilità di accesso temporaneo e permanente per la costru-zione e la gestione (Passey e Wooley, 1980). Ciascuntracciato preliminare viene analizzato in dettaglio attra-verso un processo ingegneristico iterativo di controllo emodifica successivi, basato sulla valutazione dei variaspetti, sia restrittivi sia favorevoli, fino a ottenere unanuova versione riveduta e corretta.

L’attività di ingegneria viene seguita da un sopralluogovisivo del sito, e le aree critiche vengono caratterizzate



con apposite indagini che includono una topografia didettaglio, l’analisi dei pendii e dei percorsi di drenaggio,l’identificazione delle eventuali implicazioni geotecni-che di stabilità dei suoli, l’analisi delle condizioni super-ficiali dell’area quali le forme, il tipo di terreno, la loca-lizzazione della roccia, la presenza di corsi d’acqua e lavegetazione. Nelle aree rurali viene identificata la pre-senza di zone agricole, specificandone la tipologia dicoltura. Vengono inoltre identificate le aree sensibili dalpunto di vista ambientale o di particolare interesse sto-rico e archeologico, la presenza di manufatti, strutture oservizi, la disponibilità di corridoi esistenti e la possibi-lità di accesso per i mezzi di cantiere, tenendo contoanche delle problematiche della costruzione legate allestagioni. Su questa base vengono verificati tutti gli ango-li di attraversamento e le distanze di rispetto da strade eservizi. Il rilievo visivo e la preparazione alla fase di pro-gettazione definitiva sono oggi supportati dall’utilizzo diun sistema informativo geografico (GIS, GeographicInformation System), che consente di determinare la posi-zione e di analizzare oggetti ed eventi presenti sulla super-ficie terrestre (fig. 5). Questa tecnologia unisce la capa-cità di memorizzazione e immagazzinamento dei dati allapossibilità di trattamento degli stessi attraverso l’analisistatistica, permettendo la restituzione degli elaborati sottoforma di carte tematiche o tabelle sovrapponibili alla car-tografia. Una volta rilevate in sito le aree critiche, si pro-cede con le analisi ingegneristiche di dettaglio come l’a-nalisi geotecnica degli attraversamenti fluviali, degli attra-versamenti di pendii e versanti e le valutazioni di impattoambientale (fig. 6). In caso di attraversamento di aree sog-gette a dissesto idrogeologico, i pendii che presentanofenomeni di instabilità attivi possono essere identificatirilevando alcuni segnali superficiali in fase di sopralluo-go: gli eventuali problemi di interazione con la condottadevono essere risolti in dettaglio per predisporre le neces-sarie misure preventive. Nel caso in cui siano evidenti i

segni di una instabilità recente, bisogna analizzare e com-prendere la natura del movimento franoso. In presenza dimovimenti profondi, spesso si rende necessaria la ricer-ca di un percorso alternativo, in quanto una eventualeopera di stabilizzazione risulterebbe troppo costosa o nonfattibile. Talvolta, invece, in presenza di movimenti pocoprofondi gli interventi di stabilizzazione risultano relati-vamente semplici ed è possibile modificare la situazio-ne per renderla conforme alle esigenze di progetto.

Il caso degli attraversamenti fluviali ha un effetto rile-vante sia sui costi sia sulla lunghezza complessiva dellacondotta, in quanto è essenziale trovare il tratto in cui illetto fluviale è più idoneo. La presenza di roccia partico-larmente dura implica spese elevate per la sagomatura,mentre i letti sabbiosi possono comportare grossi volumidi scavo. È preferibile realizzare un attraversamento adangolo retto per minimizzare le lunghezze ed evitare per-corsi in pendenza all’approdo. L’attività erosiva degli argi-ni può condurre al danneggiamento della condotta e allasua esposizione all’impatto con l’ambiente esterno. I trat-ti con corrente a velocità elevata vanno evitati perché ren-



fig. 5. Esempio di immagine digitale del territorio da carta satellitare (per cortesia di R. Bruschi).

fig. 6. Realizzazione di una condotta su un pendio:l’asse della condotta è parallelo al profilo di massima pendenza del versante (per cortesia di R. Bruschi).

dono difficoltosa la costruzione, mentre sono da preferi-re gli attraversamenti nei tratti rettilinei dei fiumi in mododa ridurre la probabilità di erosione degli argini.

Le varie analisi di dettaglio consentono di adottarel’approccio migliore mediante un’accurata valutazionedei costi e dei benefici. I costi delle eventuali opere distabilizzazione, degli sbancamenti o del controllo deldrenaggio (sia superficiale sia sotterraneo) devono esse-re confrontati con quelli di un percorso alternativo cheattraversi zone stabili o che non necessitino di tali inter-venti. Le operazioni di costruzione prevedono la realiz-zazione di una fascia di lavoro pianeggiante che consentala buona esecuzione dell’opera e faciliti il transito deimezzi di servizio e di soccorso. In aree morfologica-mente accidentate e in presenza di pendenze molto ele-vate, ciò comporta la realizzazione di opere di sbanca-mento dei versanti attraversati e quindi, in fase di defi-nizione del percorso, si dovrebbe cercare di minimizzarequesta operazione contenendo il più possibile l’entitàdelle modifiche apportate ai profili originali. La prepa-razione dei disegni tecnici necessari alla costruzionerichiede la definizione del profilo, specificando le dimen-sioni e la lunghezza della trincea necessaria, e la pre-senza di strade, ferrovie e attraversamenti di servizi. Que-sta operazione si svolge attraverso la suddivisione deltracciato in intervalli regolari e l’indicazione di tutte lesituazioni particolari, fornendo tutte le quote e le misu-re lineari e angolari necessarie a definire completamen-te e nel dettaglio la geometria dell’asse della condotta.Va prodotto il profilo di dettaglio di ogni attraversamentoe di ogni situazione particolare che richiede uno studiodedicato in fase di progetto. L’indagine ingegneristicapuò essere condotta contemporaneamente a quella lega-le e ha lo scopo di produrre la documentazione di sup-porto per le eventuali operazioni di acquisto o conces-sione necessarie per l’utilizzo del terreno ai fini dellacostruzione della condotta e del suo futuro esercizio.

Georischi per le condotte a terra

Una condotta per il trasporto di idrocarburi è unastruttura con uno sviluppo lineare che copre distanze del-l’ordine di alcune centinaia di chilometri. La sua realiz-zazione comporta l’attraversamento di intere regioni consituazioni ambientali e territoriali completamente diver-se da zona a zona che devono essere affrontate nell’am-bito dello stesso progetto. In particolare, trattandosi diuna struttura a diretto contatto con il terreno, gli aspettigeomorfologici, geotecnici, idraulici e sismici sono fon-damentali e fortemente condizionanti per il progetto.

Frane e dissesti idrogeologiciUna frana è un movimento verso il basso di una massa

di terreno in pendio soggetta all’azione della forza di gra-vità. L’innesco del movimento è dovuto alla variazione di

una qualsiasi condizione in grado di perturbare l’equili-brio temporaneo del sistema, come la variazione del livel-lo della falda freatica, la presenza di materiali che per-dono le proprie caratteristiche di resistenza in presenzadi acqua, la struttura del materiale, la topografia, l’a-zione sismica, ecc. (Abramson et al., 1996).

In fase di selezione del percorso, è fondamentale iden-tificare tutti i pendii instabili o potenzialmente instabiliper poterne evitare l’attraversamento. La tipologia e ladistribuzione delle frane naturali sono molto varie e dipen-dono dalla morfologia del terreno e dalle sue caratteri-stiche locali, oltre che dalle condizioni idrauliche del sot-tosuolo. Anche se la fotografia aerea può essere utile nelriconoscimento delle aree a rischio franoso, molti dis-sesti sono troppo piccoli o comunque difficili da identi-ficare con questa tecnica. Il sopralluogo visivo è semprenecessario e ha lo scopo di rilevare tutti i segnali tipiciassociati a un movimento attivo del terreno o a franeavvenute in passato che potrebbero essere riattivate conl’installazione della condotta (Abramson et al., 1996).Sono segnali tipici di un dissesto idrogeologico la pre-senza di scarpate ripide, crepe e fessure a monte di unpendio, rigonfiamenti e accumuli al piede del versante,la presenza di alberi curvi, la rottura o la modifica del-l’assetto di manufatti (strade, pali delle linee telefonicheo elettriche, condotte). Questi e altri segnali possonoanche contribuire al riconoscimento dei limiti dell’areain frana.

La peggiore tipologia di frana per il progetto di unacondotta è quella profonda, in cui la superficie di rottu-ra è situata molto al di sotto del piano di posa. Questasituazione andrebbe evitata, anche se tecnicamente è pos-sibile progettare e costruire una condotta che attraversiun’area potenzialmente instabile senza innescare nuovimovimenti. In questo caso lo studio della stabilità delversante interessato è fondamentale e presuppone un’a-nalisi accurata dell’area in termini morfologici, geolo-gici e geotecnici, fisici e idraulici con lo scopo di com-prendere la fenomenologia che regola il movimento. Unavolta noti le forze in gioco e i processi che intervengo-no a migliorare o perturbare le condizioni di equilibrioesistenti, è possibile iniziare la progettazione della con-dotta e delle eventuali opere di stabilizzazione del pen-dio. Il riconoscimento della presenza di potenziali dis-sesti idrogeologici influisce in modo determinante anchein fase di esercizio della condotta, condizionando le atti-vità di gestione e manutenzione che spesso devono esse-re supportate da un opportuno e attento programma dimonitoraggio per il controllo delle condizioni geotecni-che e fisiche alla base dei fenomeni di instabilità (fig. 7).In particolare si fa uso di inclinometri per la misura diret-ta dello spostamento del terreno e di piezometri per lamisura della variazione della falda freatica sotterranea,associati a un pluviometro per la misura dell’entità delleprecipitazioni meteoriche nell’area in esame. Lo studio



di una frana si avvale molto spesso della modellizzazio-ne numerica che, attraverso una serie di simulazioni basa-te su valori diversi dei parametri fondamentali del model-lo, contribuisce alla ricerca del valore più probabile deiparametri in gioco e alla comprensione della fenome-nologia che caratterizza il movimento franoso. La model-lizzazione numerica trova largo impiego anche nella fasegestionale della condotta: associata all’attività di moni-toraggio, può contribuire alla prevenzione del danneg-giamento conseguente a eventi disastrosi, permettendoun’analisi anticipata della possibile risposta strutturaledella condotta alle sollecitazioni indotte.

Esiste una nomenclatura internazionale che classifi-ca le frane in base alla tipologia in maniera uniforme intutto il mondo (Abramson et al., 1996). Per quanto riguar-da il comportamento di una frana, i fattori principali cheregolano l’equilibrio del sistema sono: a) le forze desta-bilizzanti che causano il moto, per esempio il peso delmateriale; b) le forze dovute al moto dell’acqua nei poriall’interno di un pendio; c) la pendenza della superficiedi rottura; d) la resistenza del terreno lungo la superfi-cie di rottura; e) la riduzione di resistenza lungo la super-ficie di rottura dovuta alla pressione interstiziale. I primitre fattori contribuiscono alla destabilizzazione, mentregli ultimi due (forze resistenti) tendono a mantenere l’e-quilibrio. Per quanto riguarda le forze destabilizzanti, ilpeso del materiale coinvolto è in genere noto o comun-que può essere stimato con sufficiente precisione. Piùdifficile risulta quantificare le forze dovute al flusso del-l’acqua sotterranea e quelle causate da un terremoto. Unabuona banca dati di eventi sismici precedenti, se dispo-nibile, consente di formulare una previsione di eventiattesi e stimare il grado di rischio a essi associato. Lavariabile più importante nel definire le forze destabiliz-zanti è la pendenza della potenziale superficie di scor-rimento. Maggiore è la pendenza, maggiore è la proba-bilità che si verifichi una frana. Le forze resistenti sonolegate alla capacità di resistenza al taglio del materialenella zona di rottura e, in particolare, all’angolo di attri-to efficace del terreno lungo la superficie di scorrimen-to. La resistenza alla rottura del materiale diminuisce pereffetto della pressione dell’acqua interstiziale presentesulla superficie di scorrimento, poiché causa la riduzio-ne dello stato tensionale efficace del terreno e quindidella capacità di resistenza meccanica (principio delletensioni efficaci; Terzaghi, 1925).

Le cause dei dissesti sono quindi varie e diverse. Glieventi naturali possono agire in modo da aumentare leforze destabilizzanti (per esempio, accumuli deposizio-nali, forze sismiche) o da ridurre quelle resistenti (peresempio, erosione al piede di un versante, aumento dellapressione interstiziale, ecc.). In particolare i grandi even-ti piovosi possono determinare un’infiltrazione massic-cia di acqua nel sottosuolo, aumentando la pressione inter-stiziale nel terreno e riducendone le caratteristiche di resi-stenza, creare una forte erosione per effetto delruscellamento superficiale e dell’aumento della portatadei corsi d’acqua e costituire un potenziale sovraccari-co, saturando il terreno stesso. Anche le attività connes-se con la realizzazione della condotta possono perturba-re l’equilibrio di un versante. L’apertura di una pista dilavoro per le normali operazioni di costruzione compor-ta spesso lo sbancamento di un tratto di terreno in pen-denza e quindi presuppone un’accurata selezione dei luo-ghi di smaltimento o deposito dei materiali prelevati, iquali potrebbero costituire un sovraccarico per il suolo,tale da riattivare un movimento quiescente. Le operazionidi ripristino del profilo originale del terreno prima del-l’installazione della condotta, per ridurre l’impatto ambien-tale visivo, possono dare origine a ulteriori fenomeni diinstabilità quando si sostituisce o si riporta il terreno pre-cedentemente asportato e quindi alterato.

Un aspetto fondamentale del progetto di una condottaa terra è quello del controllo del drenaggio superficialee sotterraneo nell’area che si trova nella fascia di rispet-to della condotta stessa e dei fenomeni erosivi associatial flusso idrico. La corretta progettazione di opere spe-cifiche in grado di controllare il regime idraulico è gene-ralmente efficace nell’evitare che si verifichino gravifenomeni erosivi che possono esporre la condotta all’am-biente esterno o dare origine a fenomeni di instabilità.Opere di questo tipo sono i canali di diversione, i gab-bioni, gli sbarramenti e i drenaggi.

Faglie Le faglie sono fratture nelle masse rocciose asso-

ciate a spostamenti differenziali delle due parti a con-tatto. I movimenti deformativi non si limitano al sem-plice scorrimento lungo una o più superfici di fratturama possono essere accompagnati anche da distorsioni,rottura e frantumazione delle rocce sulle superfici dicontatto, dando origine alle brecce di faglia o miloniti.Gli spostamenti possono avvenire improvvisamente, aseguito di un terremoto, o sommarsi gradualmente neltempo e costituiscono una seria minaccia per l’integritàdi una condotta che attraversa una faglia. La lunghezzadelle fratture e l’entità dello spostamento dipendono dallamagnitudo del sisma e dalla sua profondità focale, mentrela classificazione delle varie tipologie di faglia si basa sullecaratteristiche geometriche dello scorrimento (Bonilla,1970). Da un punto di vista dell’interazione con una



fig. 7. Interazione tra dissesto idrogeologicoe condotta che attraversail pendio.

condotta, l’attraversamento di una faglia è da evitare inquanto può causare stati di sollecitazione inaccettabiliper l’integrità strutturale e l’efficienza operativa dellacondotta stessa (fig. 8). Per eseguire correttamente la pro-gettazione di una condotta in grado di resistere alle defor-mazioni che può subire nell’attraversamento di una fagliaè necessario conoscere la geometria e la tipologia dellafaglia e la larghezza della zona interessata, sapere se sitratta di un movimento dovuto a un terremoto o all’ac-cumulo di tensioni nel tempo (creep) e, ovviamente, esa-minare le caratteristiche del terreno. Sicuramente il fat-tore più importante è rappresentato dal tipo e dall’entitàdello spostamento che può essere stimato sulla base dellecaratteristiche dell’evento sismico associato.

Attività sismicaUna delle conseguenze di un evento sismico è l’in-

stabilità dei versanti. Durante un terremoto un sistemadi onde di accelerazione attraversa il terreno, propa-gandosi dal punto di origine nel sottosuolo verso lasuperficie. Il carico dinamico transitorio che ne con-segue modifica istantaneamente il regime tensionaleche caratterizza l’equilibrio di un versante, causandocontemporaneamente un aumento della forza di taglioagente e una diminuzione della capacità di resistenzadel terreno, dovuta all’improvviso aumento delle pres-sioni interstiziali. Altri fattori che influenzano la rispo-sta di un pendio durante un evento sismico sono lamagnitudo del sisma, la sua durata, le caratteristiche diresistenza in condizioni di sollecitazione dinamica delmateriale interessato e le dimensioni del pendio. Esi-stono vari metodi per analizzare la stabilità di un pen-dio in condizioni sismiche. I più comuni sono il meto-do pseudostatico dell’equilibrio limite e il metodo deglispostamenti messo a punto da Nathan M. Newmark(Kramer, 1996). Il primo modifica l’analisi all’equili-brio limite convenzionale aggiungendo alle forze ingioco una componente dovuta all’azione sismica cheviene assunta come frazione del peso della potenzialemassa interessata dalla frana moltiplicata per l’accele-razione. Il metodo di Newmark fa riferimento agli spo-stamenti di un terrapieno durante un sisma. Si tratta diuna combinazione di procedure convenzionali pseudo-statiche con una base di considerazioni dinamiche sulmovimento del suolo.

L’azione sismica non influenza soltanto la stabilitàdei versanti. La riduzione della resistenza al taglio delterreno associata all’aumento delle pressioni interstizia-li può portare alla fluidizzazione del materiale, specienel caso di sabbie sciolte sature, con sviluppo di grandideformazioni permanenti in grado di danneggiare seria-mente qualunque tipo di struttura che giaccia sul terre-no coinvolto. Si possono identificare tre tipologie dimovimenti o rotture del terreno associate al fenomenodella fluidizzazione (Youd, 1978): deformazione latera-le diffusa, flusso gravitativo e perdita della capacità por-tante del terreno. Altri effetti sono la subsidenza, e soprat-tutto il sollevamento di condotte originariamente inter-rate per effetto del loro galleggiamento nella massa diterreno temporaneamente fluidizzata. La deformazionelaterale diffusa riguarda lo spostamento orizzontale distrati superficiali di terreno causato dalla fluidizzazionedel suolo sottostante. È un fenomeno che si verifica inaree poco pendenti, quasi pianeggianti, e gli spostamentiassociati sono dell’ordine delle decine di centimetri. Talispostamenti possono avere un effetto particolarmentedistruttivo sulle condotte, anche se il livello del dannodipende dall’entità del movimento e dalle caratteristichedella condotta stessa. Dal punto di vista dell’analisi pro-gettuale lo studio della condotta, rispetto alle deforma-zioni superficiali diffuse, presenta problematiche similia quelle emerse nel caso delle faglie. Le deformazionisi concentrano nelle zone di scorrimento, come avvieneper i movimenti di una faglia diretta o normale. Alla basedella massa si verifica invece una compressione, similea quella di una faglia inversa.

I flussi gravitativi riguardano la mobilizzazione dimasse fluidizzate, talvolta contenenti massi o blocchiche scorrono su pendenze elevate. Molti di questi feno-meni sono comunque più frequenti nell’ambiente sotto-marino. La perdita di capacità portante del terreno puòcausare cedimenti gravi di una struttura fondata su diesso, come per esempio un terrapieno, e quindi può indur-re sforzi di trazione elevati su una condotta che lo attra-versa o di compressione nelle zone adiacenti. Per evita-re il galleggiamento delle condotte interrate nella massafluidizzata si ricorre invece a sistemi di ancoraggio eappesantimento della condotta.

Condotte sottomarine

I fondali marini possono presentare morfologie irre-golari e il loro attraversamento impone sforzi tecnologi-ci notevoli. La determinazione del tracciato non si puòavvalere della visione diretta dell’area, né dell’osserva-zione delle foto aeree o del sopralluogo visivo come nelcaso delle condotte a terra. La fase conoscitiva è com-pletamente strumentale, affidata a tecnologie molto sofi-sticate. Per esempio, il prelievo di campioni per la carat-terizzazione del profilo stratigrafico del fondo è sempre



fig. 8. Interazione tra una faglia e la condottache l’attraversa.

difficile e, spesso, addirittura impossibile (acque moltoprofonde, pendenze del fondo molto elevate). Pertantola caratterizzazione morfologica, geotecnica e fisica del-l’area sottomarina è di solito derivata dall’interpreta-zione di misure geofisiche (fig. 9) e dalla misura dellaresistenza del terreno alla penetrazione di strumenti pre-disposti per questo scopo (prova penetrometrica). Le dif-ficoltà ambientali e la necessità di impiegare tecnologiesofisticate per ottenere i dati di progetto rendono la sele-zione del percorso una fase cruciale nell’ambito del pro-getto di un attraversamento sottomarino, base per unarealistica analisi tecnico-economica della realizzazionedell’opera (Palmer e King, 2004). Una scelta inizialepoco attenta può causare una serie di imprevisti in fasedi costruzione, la cui soluzione ha sempre implicazionieconomiche considerevoli. Per esempio, l’attraversa-mento di fondali irregolari non è sempre possibile dalpunto di vista tecnico ed economico, per cui è fonda-mentale identificare un percorso che li eviti.

Le fasi salienti del processo di selezione del percor-so sottomarino possono riassumersi come segue: • ottimizzazione del percorso della condotta con defi-

nizione degli allineamenti che rappresentano il com-promesso ottimale tra la minima lunghezza del trac-ciato, la minima sollecitazione agente sulla condot-ta in fase di installazione o di esercizio e il minornumero di tratti di condotta che risultano sospesi sulfondo a causa delle irregolarità dello stesso;

• identificazione dell’entità e delle tipologie dei lavo-ri di intervento e preparazione del fondo necessarialla soluzione di problemi relativi alla sovrasolleci-tazione della condotta e alla formazione di campatenon supportate nelle aree a fondo irregolare;

• definizione delle modalità costruttive e dimensiona-mento dei cantieri per le relative stime di costo e pro-grammazione dei lavori.L’esperienza maturata negli anni sulla realizzazione

di condotte sottomarine ha portato ad alcune considera-zioni fondamentali. Per quanto riguarda la preparazione

del fondo, a esclusione dei requisiti minimi necessari perl’approdo costiero, lo scavo non rappresenta una solu-zione conveniente da un punto di vista economico; essodeve infatti essere molto esteso dato il livello di preci-sione raggiungibile durante la posa, della quale talvoltarallenta le operazioni. Il programma di posa dipende dallapreparazione del fondo e la rotta scelta per la condottadeve essere tale da non indurre sollecitazioni che possa-no compromettere l’integrità strutturale. La configura-zione della condotta nell’attraversamento di fondali irre-golari può essere opportunamente mantenuta o modifi-cata utilizzando apposite metodologie, in modo da garantireil raggiungimento delle condizioni di progetto nelle fasidi collaudo idraulico e di funzionamento. In acque profon-de la correzione delle campate rappresenta un approcciopiù affidabile della preparazione del fondale. In ogni caso,la scelta della soluzione progettuale più adatta a risolve-re i vari problemi della condotta e della sua interazionecon il fondale marino avviene sulla base di modelli disimulazione tarati sulle varie esperienze di progetto.

Dal punto di vista esecutivo, la prima fase è costi-tuita dalla raccolta e dalla elaborazione dei dati relativiall’area di interesse. La scelta del percorso per una con-dotta sottomarina comporta, come già detto, una cono-scenza profonda e dettagliata della morfologia e dellalitologia del fondale. L’acquisizione dei dati avviene attra-verso un programma di indagini geomorfologiche e geo-logico-geotecniche che portano alla definizione dellecaratteristiche del fondo. Il primo approccio si basa sul-l’osservazione di carte convenzionali batimetriche chediventano sempre più dettagliate man mano che afflui-scono i risultati delle indagini condotte con mezzi disuperficie e sottomarini (fig. 10). Più il rilievo delle carat-teristiche del fondo è accurato, più sono affidabili i risul-tati dell’analisi del percorso e delle sue successive simu-lazioni. Per assicurare il necessario livello di dettaglionel rilievo di aree a morfologia molto irregolare si fa usodi minisommergibili. I dati vengono raccolti, elaborati ememorizzati su appositi supporti da unità periferichesituate a bordo dei mezzi di superficie e dei sottomari-ni, e vanno a costituire l’archivio preliminare dell’inda-gine conoscitiva. L’interpretazione dei dati raccolti siavvale anche dell’ausilio di riprese visive del fondo mari-no. Il risultato di questa fase è la redazione di carte bati-metriche specifiche che costituiranno il punto di riferi-mento per la successiva analisi del percorso e per le ope-razioni di selezione della rotta. Con l’aiuto di un sistemaintegrato software/hardware in grado di trattare i dati dibase in tempo reale, il tecnico può analizzare percorsialternativi e, sulla base di valutazioni tecnico-economi-che, effettuare la scelta del corridoio preliminare. Il cor-ridoio selezionato viene poi sviluppato nel suo profilomorfologico lungo il proprio asse (v. ancora fig. 10) evengono studiati anche profili a esso paralleli, in mododa caratterizzare l’area del corridoio ed evidenziare anche



fig. 9. Immagine del profilo del fondo da prospezioni geofisiche (per cortesia di R. Bruschi).

le variazioni laterali del profilo marino, nel caso in cuil’asse della condotta risulti spostato rispetto a quellodel corridoio. Il profilo del fondo è il punto di riferi-mento del processo di selezione del percorso, poichéa esso sono correlati l’affidabilità strutturale della con-dotta, il numero delle campate libere e l’entità dei lavo-ri di intervento.

La fase successiva prevede l’utilizzo di modelli mate-matici per la valutazione della qualità del percorso. Ilpercorso selezionato definisce le caratteristiche del pro-filo ottimale per l’equilibrio elastico della condottaposata sul fondo irregolare, in modo da ridurre al mini-mo gli interventi di preparazione del fondo e i lavori diaggiustamento della configurazione necessari a garan-tire condizioni di stabilità e sicurezza alla condotta nelcorso della sua vita operativa. In generale i fattori chia-ve che influiscono sulla scelta del percorso per una con-dotta sottomarina e sulla sua progettazione sono lega-ti agli aspetti politici e alle problematiche ambientali,ma anche a fattori particolari come il collegamento coneventuali piattaforme e riser (collettore verticale per gal-leggianti) o l’attraversamento di condotte già esistentie di cavi. Occorre evitare le aree di ancoraggio dellenavi e quelle in cui il rischio di caduta di oggetti dallenavi è elevato, i campi minati, le aree di dragaggio e irelitti. Si effettuano studi specialistici per analizzare l’in-terazione con l’attività di pesca e valutare i rischi, con-seguenti a un eventuale impatto, per l’integrità della

condotta. Da un punto di vista geotecnico gli elemen-ti più condizionanti per il progetto di una condotta sot-tomarina sono l’attraversamento di aree rocciose o dizone in cui il terreno è troppo soffice e la presenza dimassi, di depressioni dovute a fuoriuscita di gas dal ter-reno e di solchi creati dall’azione di grandi blocchi dighiaccio alla deriva. Gli approdi costieri rappresenta-no senza dubbio un aspetto critico del progetto: la scel-ta sbagliata della zona di approdo può comportare costieccessivi e dispute legali. Il progettista deve conosce-re e comprendere oltre alla geologia del fondo, i fatto-ri geomorfologici che caratterizzano la costa e preve-dere le implicazioni ambientali connesse all’installa-zione della condotta, come la rifrazione e il frangimentodelle onde e il trasporto dei sedimenti lungo la costa.La geotecnica marina è una materia molto complessae le forme geomorfologiche e topografiche sono variequanto quelle incontrate sulla terraferma. La condi-zione ideale per la posa di una condotta sottomarina è,ovviamente, quella di un fondale piatto (in modo chenon si formino sezioni in campata libera) composto diargilla mediamente consistente; affondando in un fon-dale di questo tipo, la condotta acquisisce una maggiorestabilità. Se il fondo è irregolare e roccioso, si creanomolte campate libere e la condotta attraversa come unponte le aree depresse. Spesso la lunghezza della cam-pata è tale da richiedere un supporto, mentre nei puntidi appoggio le forze si concentrano sulla condotta e



�250

�300

�350

�400

�450

�500

�55054.400 56.400 58.400 60.400

distanza (m)

profilo del fondale

carta batimetrica

62.400 64.400 66.400

prof

ondi

tà (

m)

fig. 10. Raffigurazione di un tracciato tipico di una condotta sottomarina.

possono danneggiare il rivestimento esterno (fig. 11).Un terreno duro è difficile e costoso da scavare, men-tre in un fondo troppo soffice la condotta può sprofon-dare completamente rendendo difficoltose le successi-ve operazioni di giunzione con altri segmenti di con-dotta, di ispezione o di riparazione.

Alcuni fondali presentano problemi di mobilità poi-ché sono in continua evoluzione sotto l’azione di ondee correnti, che danno origine alle tipiche configura-zioni increspate e ondulate (Komar, 1976; Sleath, 1984).Le barre di sabbia si muovono continuamente sul fon-dale durante la vita operativa della condotta, così cheuna condotta che poggiava sulla cresta di un accumu-lo di sabbia al momento della costruzione può restaresospesa per l’avvenuta traslazione dell’accumulo stes-so. I movimenti sono irregolari e difficili da prevede-re con sufficiente certezza: per questo motivo è pre-feribile evitare l’attraversamento di aree in cui il fon-dale presenta ondulazioni in continua evoluzione.Quando ciò non è possibile si provvede a scavare unatrincea che resti al di sotto della ‘gola’ delle ondula-zioni sabbiose. Questa soluzione è stata spesso adotta-ta nel caso di condotte posate nel Mare del Nord, dovecondizioni di acque poco profonde, forti correnti dimarea, moto ondoso e sabbie sciolte facilmente mobi-lizzabili danno origine a una situazione complessa e incontinua evoluzione del fondale marino. Nelle zone incui la velocità di sedimentazione è elevata l’accumulodi materiale depositato sovraccarica il suolo sottostan-te e può dare origine a frane sottomarine in pendii nonnecessariamente ripidi. Anche un evento sismico può

innescare un movimento franoso in un pendio parzial-mente stabile. Quando una condotta è investita tra-sversalmente da una frana, può subire spostamenti talida generare forze di trazione in grado di romperla. Sela frana investe la condotta longitudinalmente la situa-zione è meno grave, in quanto le sollecitazioni indot-te sono di minore entità.

Alcune aree (come la parte norvegese del Mare delNord) sono caratterizzate dalla presenza di grossi massisulla superficie del fondo marino che possono essereanche parzialmente (o completamente) sepolti nel fon-dale argilloso. Questi massi sono stati trasportati dagliiceberg e sono caduti sul fondale durante lo scioglimen-to; le loro dimensioni lineari possono essere anche del-l’ordine del metro o più e la loro presenza rappresentaun serio ostacolo per le macchine che devono realizza-re la trincea. Nelle stesse aree marine, la fuoriuscita digas dal sottosuolo crea tipiche depressioni nel terreno.Nelle zone tropicali le formazioni coralline danno ori-gine a pinnacoli che possono avere altezze anche di 15m. Il corallo è molto resistente e difficile da tagliare;inoltre costituisce un elemento naturale di grande inte-resse ecologico e la sua conservazione va garantita e pro-tetta. Le aree tropicali sono caratterizzate generalmenteda sedimenti di origine carbonatica che, per effetto deiprocessi diagenetici che avvengono nel tempo, tendonoa diventare più resistenti e quindi più difficoltosi per leoperazioni di scavo.

Nelle zone artiche la progettazione delle condottesottomarine deve affrontare ulteriori problemi. Duran-te la stagione primaverile il disgelo dei corsi d’acqua



fig. 11. Immagine di condotta posata su un fondale irregolare con sviluppo di campatelibere e realizzazione di opere di supporto (per cortesia di R. Bruschi).

che raggiungono il mare ancora gelato crea flussi di acquafluviale che scorre attraverso il ghiaccio marino. In pre-senza di cavità o crepe nel ghiaccio, l’acqua fluviale siinfiltra, creando vortici e getti verso il basso in grado discavare profonde buche nel fondo (Palmer, 2000). Gran-di masse di ghiaccio si muovono in acque basse spintedal vento e dalla pressione di altre masse di ghiaccio,solcando il fondale con scavi che possono avere ancheuna profondità di 10 m e una larghezza di 100 m. Evi-tare il rischio di danneggiamento per l’azione degli ice-berg in movimento è uno degli obiettivi primari dellaprogettazione di una condotta sottomarina in zone arti-che (Woodworth-Lynas et al., 1996; Palmer, 2000).

Anche i fattori idrodinamici influenzano la sceltadi un percorso. È preferibile evitare le zone in cui esi-stono correnti molto forti in grado di spostare la con-dotta lateralmente e complicare la posa. Forti correntidi marea si verif icano in acque poco profonde, inprossimità degli estuari e degli stretti. Spesso è prefe-ribile scegliere un percorso più lungo con correntiminori piuttosto che attraversare la parte più breve diuno stretto. Le aree in cui l’azione del moto ondoso èparticolarmente intensa devono essere evitate sia perproblemi di stabilità della condotta, sia per le diffi-coltà che si creano nelle operazioni di varo (Komar,1976). Poiché gli effetti del moto ondoso sono mag-giori in acque basse, si tende ad accorciare il più pos-sibile questi tratti di percorso, preferendo la posa inacque più profonde. La differenza di densità tra levarie profondità della colonna d’acqua può comunquedare origine a forti correnti sul fondo.

Ambiente meteomarino

Le condizioni meteomarine hanno un’importanzarilevante per le implicazioni che possono avere su diver-si aspetti della funzionalità di una condotta quali la instal-labilità, la stabilità e l’integrità nel tempo. I fenomenimeteomarini che interessano più direttamente sono quel-li dinamici associati ai movimenti delle masse d’acqua:correnti e moto ondoso. La distinzione fra essi è giusti-ficata sia dalle differenti scale spaziali e temporali chedalle diverse caratteristiche fisiche. Mentre per il motoondoso il trasporto di materia è modesto ed è soprattut-to l’energia del moto ondoso stesso che si propaga a lun-ghe distanze, nelle correnti si osserva soprattutto il tra-sporto di massa, cioè di acqua (fig. 12). Non sono comun-que trascurabili altre caratteristiche dell’ambientemeteomarino quali il vento e la pressione atmosferica,le variazioni del livello marino (marea) e le caratteristi-che chimico-fisiche dell’acqua (Csanady, 1982).

Per poter pervenire a un’adeguata caratterizzazionedell’area in cui la condotta sottomarina viene posata ènecessaria una stima affidabile dei parametri meteomari-ni di progetto. L’analisi va condotta secondo un approccio

metodologico che si avvale di dati sperimentali, di pro-cedure di elaborazione statistica e di simulazione mate-matica dei processi dinamici; di volta in volta adattataalla situazione fenomenologica specifica del sito in esamee alla natura del progetto, tale analisi consta di: a) ana-lisi fenomenologica tendente a identificare le caratteri-stiche meteomarine rilevanti per il progetto; b) raccoltadei dati storici disponibili; c) esecuzione di campagnemeteoceanografiche per il rilevamento di misure inte-grative; d) analisi dei dati e determinazione delle pro-prietà statistiche dei parametri condizionanti il proget-to; e) ricostruzione mediante modelli matematici deifenomeni fisici rilevanti per l’opera; f ) stima dei valoriestremi dei parametri meteoceanografici influenti sullastabilità della struttura e determinazione dei parametridi progetto; g) analisi degli effetti dell’opera sull’am-biente, per la Valutazione di Impatto Ambientale (VIA).

L’analisi meteomarina fornisce informazioni su duecategorie di condizioni: condizioni meteomarine nor-mali ed estreme. Le informazioni sulle condizionimeteomarine normali, necessarie per la verifica di pe-rsistenza nel tempo delle condotte, per la scelta deimezzi e del periodo di costruzione, per la stima delfunzionamento dell’opera, ecc. derivano dalle distribu-zioni statistiche dei parametri meteoceanografici edelle grandezze che li caratterizzano. Le informazionisulle condizioni meteomarine estreme, necessarie per ildimensionamento e la verifica della stabilità dell’opera,si basano sulle stime dei valori estremi, cioè associati aeventi rari, che i diversi parametri meteoceanograficipossono raggiungere durante la vita dell’opera, e delrischio di superamento di tali valori. A partire da taliinformazioni e sulla base dei criteri di progettazioneadottati, generalmente stabiliti dalle normative vigenti,vengono definiti i parametri ambientali di progetto,



sforzo di trazionedel moto orbitale sforzo di trazione

della corrente

profilodi corrente

profilo velocitàorbitale (onda)

fig. 12. Azione contemporanea di onde e corrente su fondale sabbioso.

cioè i dati sulla base dei quali verrà progettata l’opera(Herbich, 1990). L’analisi meteomarina fornisce inoltreuna serie di informazioni di ausilio all’ingegneria nellascelta delle soluzioni progettuali da adottare, o di integra-zione della documentazione da presentare alle autoritàcompetenti per l’approvazione del progetto, quale peresempio la valutazione della dispersione del sedimentomesso in sospensione durante l’esecuzione degli scaviper l’interramento della condotta negli approdi costieri.

Vento e pressione atmosfericaNonostante i fenomeni meteorologici non influenzi-

no direttamente la progettazione delle condotte, se nonper gli aspetti relativi all’operatività dei mezzi di posa,la conoscenza delle condizioni di vento e di pressioneatmosferica è fondamentale per una corretta valutazionedelle onde e delle correnti che sono generate dal ventostesso. Infatti le scale spazio-temporali e l’intensità deifenomeni idrodinamici marini sono correlate alle scale eall’intensità dei fenomeni meteorologici che le determi-nano e pertanto un’approfondita conoscenza delle carat-teristiche meteorologiche permette di ricostruire,mediante l’impiego di modelli matematici o empirici, ifenomeni idrodinamici. Tale possibilità è di particolareimportanza quando, come spesso accade, non si disponedi misure dirette del moto ondoso e delle correnti, oquando queste non risultano rappresentative della varia-bilità spaziale e/o temporale dei fenomeni. L’atmosfera,come ogni altro fluido turbolento, presenta una varietàdi moti su tutte le possibili scale spazio-temporali.Alcuni di questi moti si ripetono con caratteristicheabbastanza simili, tanto da poter essere consideratiappartenenti a famiglie di sistemi dinamici con caratte-ristiche e scale spazio-temporali ben definite. La quasitotalità delle scale atmosferiche spazio-temporali è diinteresse per la progettazione delle condotte sottomari-ne. Trascurando i fenomeni a piccola scala (scala deltempo inferiore a 1 ora, scala spaziale inferiore a 1 km),che hanno un interesse marginale, l’interesse si estendedai fenomeni a mesoscala (scala del tempo inferiore a 1giorno, scala spaziale inferiore a 100 km) fino a quelli ascala planetaria (scala del tempo superiore a 1 mese,scala spaziale superiore a 1.000 km).

CorrentiLe correnti marine agiscono a vari livelli sull’integrità

di una condotta posata sul fondo marino: si comportanocome forza laterale e verticale, con implicazioni sulla sta-bilità della condotta; causano vibrazioni laterali e verticalisu sezioni di condotta non appoggiate sul fondo, con con-seguenti problemi di affaticamento; determinano com-plessi fenomeni di movimento dei sedimenti in prossi-mità della condotta stessa, che possono causare l’erosio-ne della base di appoggio e conseguenti problemi di affa-ticamento e stabilità. Conseguentemente, l’intensità e la

direzione delle correnti e la associata frequenza di occor-renza sono fra i principali fattori ambientali di cui tenerconto nella progettazione delle condotte sottomarine.

Le correnti sono determinate da varie forze: forzeprimarie, che generano e mantengono il movimentodella massa d’acqua, e secondarie, che modificano sol-tanto i moti già esistenti. Le forze primarie si distinguo-no a loro volta in forze interne ed esterne. Le forze inter-ne sono causate dalle variazioni di pressione all’internodella massa d’acqua; tipici esempi sono le forze genera-te dall’accumulo di acqua in prossimità della costa,determinato dall’azione di trascinamento del vento, o leforze conseguenti a differenze di densità delle massed’acqua. Esempi di forze esterne sono lo sforzo tangen-ziale del vento alla superficie, le forze di marea, levariazioni di pressione atmosferica, ecc. Lo sforzo tan-genziale del vento è la forza principale. Esso producecorrenti di deriva alla superficie del mare e influenza leforze interne di pressione in quanto determina l’accu-mulo di acqua in prossimità delle coste. Le forze dimarea generano moti periodici e non causano sposta-menti a grande scala della massa d’acqua. Le forzesecondarie non generano alcun moto ma modificano ilmoto esistente. Forze secondarie sono la forza d’attrito,che riduce la velocità della corrente, e la forza diCoriolis, determinata dalla rotazione terrestre, la qualecausa una variazione della direzione della corrente.

Il moto del fluido nel mare è governato dalle leggi fisi-che di conservazione e dall’equazione di stato (Neumanne Pierson, 1966). Queste leggi f isiche si traduconomatematicamente in un sistema di equazioni con inco-gnite costituite dalle componenti della velocità, dallapressione, dalla densità, dalla salinità e dalla tempe-ratura. Le equazioni del moto sono risolte numerica-mente mediante l’applicazione di modelli numerici cheriproducono, con necessarie semplificazioni e appros-simazioni, le condizioni batimetriche e meteomarinedell’ambiente che si vuole studiare. L’applicazione deimodelli numerici, previa calibratura ottenuta utiliz-zando misure eseguite in mare, permette di estenderela casistica ottenuta dalle misure stesse, che è neces-sariamente limitata nel tempo a causa dei costi e deitempi, e quindi di calcolare le condizioni estreme dicorrente da cui deriva la ‘corrente di progetto’ per lacondotta sottomarina.

OndeIl moto ondoso marino è costituito dalle oscillazioni

(onde) generate dall’azione del vento sulla superficie delmare, che possono mantenersi e propagarsi anche quandoil vento cessa. A prescindere dalle forze di attrito (del ventosulla superficie del mare, del fondale sul moto dell’ondastessa), la sola forza agente su queste onde è la gravità, dacui deriva il nome di ‘onde di gravità’. Nella fase di gene-razione in cui il vento trasferisce energia alla superficie del



mare e la fa crescere di dimensione, le onde hanno formecomplesse e instabili, caratterizzate da fenomeni di frangi-mento e da processi non lineari. In assenza di vento le ondetendono a divenire più regolari e più facilmente descrivibi-li con strumenti matematici (Goda, 1985). Nelle onde mari-ne si identificano le gole e le creste; l’altezza d’onda è inte-sa come la distanza verticale fra gola e cresta, la lunghez-za d’onda l come la distanza fra due creste successive, ilperiodo d’onda come l’intervallo di tempo che intercorrefra il passaggio di due creste per un punto fisso nello spa-zio. Altri parametri di interesse del moto ondoso sono lavelocità di propagazione dell’onda e la velocità delle par-ticelle d’acqua durante il passaggio dell’onda. La prima ègeneralmente superiore alla seconda; soltanto in fase difrangimento la velocità delle particelle d’acqua supera quel-la di propagazione e l’onda collassa. La velocità delle par-ticelle d’acqua è il parametro che più interessa nella pro-gettazione di condotte sottomarine perché definisce le con-dizioni di carico dinamico al passaggio dell’onda. Insuperficie, le particelle d’acqua compiono nel tempo di unperiodo un’orbita quasi circolare, il cui diametro è pari all’al-tezza d’onda (z0), sicché la velocità orbitale è maggiore inun’onda corta ma alta rispetto a una lunga ma bassa. Conil progredire della profondità, le orbite delle particelle siriducono, secondo una legge esponenziale (aekz0, dove a ek sono due costanti) che controlla il relativo raggio (a), e siappiattiscono in prossimità del fondo dove il moto orbita-le è esclusivamente orizzontale (fig. 13).

Fra le onde marine di superficie si distinguono duetipi: le onde prodotte dal vento e le onde residue. Le ondeprodotte dal vento hanno dimensioni e periodo che dipen-dono dall’intensità del vento, dalla sua durata e dall’areadi mare aperto su cui esso agisce. Hanno una forma moltoirregolare e possono essere considerate come la sovrap-posizione di un gran numero di onde elementari (sinu-soidali), ciascuna avente propria altezza, periodo e dire-zione di propagazione. Queste onde elementari formanolo ‘spettro ondoso’, la cui larghezza di banda è una indi-cazione di quanto siano differenziate le componenti ele-mentari. Il moto ondoso permane anche in assenza di ventoe si propaga dall’area di generazione in altre aree di mare.Nel processo di propagazione le onde più basse e conperiodo breve si attenuano più rapidamente delle onde piùalte con periodi lunghi; ne risulta un moto ondoso piùregolare, con larghezza spettrale ridotta e direzionalmen-te più focalizzato. Una caratteristica del moto ondoso è lacapacità di propagarsi su lunghe distanze con una mini-ma dispersione di energia. Si pensi, per esempio, che sututta la costa dell’Africa occidentale, dove le calme equa-toriali determinano basse condizioni di onde prodotte dalvento, le onde sono dovute al moto ondoso provenientedalla fascia dei cosiddetti roaring forties dell’Atlanticomeridionale, distante alcune migliaia di chilometri.

Per la progettazione di condotte sottomarine sonoparticolarmente importanti i fenomeni di interazione tra

fondo marino e moto ondoso, che diventano significati-vi quando la profondità è minore di metà della lunghez-za d’onda. Infatti, nelle acque poco profonde, il motoondoso ha un effetto dinamico in prossimità del fondo eagisce direttamente come carico sulla condotta. Tali effet-ti crescono con il diminuire della profondità e raggiun-gono la massima intensità nella zona dei frangenti, quel-la del cosiddetto shore approach (avvicinamento allacosta), dove occorre generalmente ricorrere all’interra-mento per proteggere la condotta dai carichi idrodinamicitroppo intensi (Tucker, 1991). Fra i principali fenomenidi interazione tra fondo marino e moto ondoso ricordia-mo la rifrazione (rotazione dei fronti d’onda che tendo-no ad allinearsi con le isobate), lo shoaling (variazionedella concentrazione dell’energia o della ripidità del-l’onda), la diffrazione (generazione di fronti d’onda semi-circolari in corrispondenza di ostacoli sommersi), la rifles-sione dell’onda, l’assorbimento (perdita di energia perazione del fondo o di un ostacolo) e infine il frangimen-to. Quest’ultimo fenomeno occupa un ruolo di primariaimportanza nella progettazione di condotte sottomarine,in quanto la zona dei frangenti è sicuramente il tratto conpiù alta dinamicità nel tracciato di una condotta. La zonadei frangenti è caratterizzata da condizioni altamente tur-bolente, correnti litoranee intense dovute al frangimentodelle onde e violenti impatti della massa dell’onda che sifrange; tale dinamicità determina condizioni estreme siadi carichi idrodinamici, sia di trasporto di sedimenti. Neconsegue che, in fase di progettazione, lo studio dellecaratteristiche dinamiche della surf zone (zona dei fran-genti) è focalizzato alla determinazione della estensionedel tratto di condotta da interrare e alle condizioni tem-poranee di carico nel lasso di tempo che intercorre tra laposa della condotta e il suo interramento.

Caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di mareLe caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di mare

di maggiore interesse nella progettazione di condotte sot-tomarine sono la composizione (essenzialmente la sali-nità, il contenuto di ossigeno disciolto e il pH) che hainfluenza sui processi corrosivi, la temperatura che rego-la gli scambi termici fra la condotta e l’ambiente marino,con implicazioni sui processi corrosivi, le caratteristiche



acque basse

acque intermedie

acque profonde

l/2

z0

a

aekz0

fig. 13. Traiettorie orbitali dell’onda in funzionedella profondità.

idrauliche del fluido all’interno della condotta e la den-sità che influenza tutti i fenomeni dinamici di interazio-ne fra l’ambiente marino e la condotta stessa (Neumanne Pierson, 1966).

Quasi tutte le sostanze note sono presenti nell’ac-qua di mare, almeno in tracce; gli elementi presenti inmaggior misura sono il cloro e il sodio. L’acqua di mareè debolmente alcalina (pH�8,1-8,2) e si comporta pra-ticamente come una soluzione tampone, conservandocioè inalterato il suo pH indipendentemente dalle sostan-ze in essa sversate. Inoltre, a causa della notevole quan-tità di ioni presenti, l’acqua di mare è un elettrolita conuna conduttanza relativamente elevata che cresce quasilinearmente con la salinità. Altra caratteristica dell’ac-qua del mare è la costanza dei rapporti tra le concen-trazioni delle principali sostanze in essa disciolte. Gra-zie a tale costanza è possibile esprimere la salinità tota-le, cioè la percentuale in peso dei sali disciolti nell’acquadel mare, come funzione della concentrazione del cloroo clorinità. Mentre le proporzioni tra le principali sostan-ze sono praticamente costanti, le concentrazioni asso-lute variano sia nello spazio sia nel tempo, seguendo levariazioni della salinità. Negli oceani aperti la salinitàvaria dal 34‰ al 38‰; la media è vicina al 35‰. Leacque dei mari interni, aventi uno scambio ridotto conl’oceano aperto, hanno una salinità minore nelle zonecaratterizzate da intense precipitazioni e considerevo-li apporti fluviali. Esempi tipici sono le parti internedel Mar Baltico e alcuni fiordi, dove la salinità puòscendere a valori dell’ordine dello 0,5-1‰. Nelle zonedove l’evaporazione predomina sulle precipitazioni,l’acqua dei mari interni presenta valori di salinità moltopiù elevati, come nel Mar Rosso dove la salinità rag-giunge il 43-45‰. Poichè le variazioni della salinitàsono legate essenzialmente alle variazioni della diffe-renza tra precipitazione ed evaporazione, si ha una varia-bilità della salinità in funzione sia della latitudine siadelle stagioni. La variabilità stagionale è esaltata neimari interni a causa dello scarso ricambio e del contri-buto degli apporti fluviali.

La temperatura dell’acqua è determinante per la mag-gior parte dei processi fisici, chimici e biologici cheavvengono nel mare. Negli oceani la temperatura variada circa �2 °C a circa 30 °C. Il limite inferiore è deter-minato dalla formazione di ghiacci, mentre il limite supe-riore è regolato dai processi di radiazione e scambio ter-mico con l’atmosfera. Nei mari interni con scarso ricam-bio la temperatura può essere più alta, ma raramentequesto si verifica nell’oceano aperto. La temperaturadelle acque di fondo degli oceani è sempre relativa-mente bassa, variabile da circa �1 °C a circa 4 °C. Lavariabilità spaziale e temporale della temperatura èinfluenzata da diversi fattori, ma comunque si posso-no individuare alcune caratteristiche generali. Per quan-to riguarda la distribuzione spaziale, i valori più alti di

temperatura si registrano leggermente a nord dell’e-quatore; inoltre le temperature superficiali dell’emisfe-ro meridionale sono leggermente inferiori, a parità dilatitudine, di quelle dell’emisfero settentrionale. Ciòpuò essere attribuito alle differenze nelle caratteristichedella circolazione atmosferica nei due emisferi, all’ef-fetto della minor estensione delle terre emerse nell’e-misfero boreale e alla presenza del continente antarti-co. La temperatura dell’acqua presenta anche una varia-bilità annuale che dipende da numerosi fattori,principalmente dalle variazioni della radiazione solareincidente e dal regime delle correnti e dei venti. Le oscil-lazioni periodiche della temperatura sono anche pre-senti negli strati più profondi, anche se esse tendono adattenuarsi rapidamente con la profondità.

La densità dell’acqua del mare dipende dalla tempe-ratura e dalla salinità e anche, come risultato della leg-gera compressibilità dell’acqua, dalla pressione. Que-st’ultimo effetto risulta comunque molto debole e divie-ne significativo solo alle grandi profondità. La densitàaumenta con l’aumentare della salinità e con il diminui-re della temperatura. Il range di densità dell’acqua dimare varia da 1.005 kg/m3 a 1.030 kg/m3. La distribu-zione spaziale della densità delle acque oceaniche pre-senta due caratteristiche principali: nella direzione ver-ticale la stratificazione è generalmente stabile, nella dire-zione orizzontale differenze di densità relativamentestabili sono possibili in presenza di correnti.

Georischi per le condotte sottomarine

Come già accennato i fondali marini sono morfolo-gicamente vari e complessi quanto la superficie terre-stre (fig. 14) e i fenomeni fisici che li interessano sonospesso complicati dall’azione di onde e correnti oltre chedalla impossibilità di studiarli direttamente (Poulos, 1988).In particolare, se gli ambienti costieri sono in continuae rapida evoluzione, soggetti all’influenza del moto ondo-so e delle correnti (Sumer e Fredsoe, 2002), negli altifondali le scarpate e i margini continentali sono caratte-rizzati da condizioni geologicamente molto complessee presentano problemi di instabilità di vario genere, lacui natura a volte è molto difficile da identificare.

Alcune delle problematiche geomorfosismiche cheregolano l’equilibrio dei fondali marini sono molto simi-li a quelle tipiche dell’ambiente terrestre, sia nella tipolo-gia sia nella trattazione analitica. Per questo tipo di aspet-ti si rimanda alla trattazione delle analoghe problemati-che relative alle condotte terrestri. Fenomeni specificidell’ambiente marino sono le frane sottomarine, alcuniaspetti dell’attività sismica e l’azione delle onde (fig. 15).

Frane sottomarineUn pendio sottomarino, come nel caso di condizio-

ni terrestri, è soggetto alla forza di gravità che tende a



spingere le masse verso il basso. La sua stabilità quindiè strettamente legata alla pendenza, al peso e alla resi-stenza del suolo. Lo studio della stabilità di un’area sibasa sulla conoscenza della batimetria (in particolare ditutte le forme ‘superficiali’ locali come canyon, avval-lamenti, ecc.), della stratigrafia e delle proprietà mec-caniche dei sedimenti. Le frane sottomarine rappresen-tano uno dei rischi principali connessi all’ambiente subac-queo. Le cause che le scatenano possono essere molteplicie si distinguono in due tipologie fondamentali: cause chetendono ad aumentare lo stato di sforzo agente sul siste-ma in esame e cause che tendono a ridurre la capacità diresistenza del suolo. Tra le cause di aumento dello stato

di sforzo nel terreno vi sono la deposizione e l’accumu-lo a monte (o l’erosione al piede) di un versante. Su gran-de scala, in genere, si tratta di fenomeni che avvengonolentamente e quindi non interferiscono con la vita ope-rativa di una condotta per il trasporto di idrocarburi. Tut-tavia essi possono influire in maniera significativa sullastabilità generale dell’area e vanno tenuti in considera-zione specie nel caso di rapido aumento della pendenzao di formazione di canali causati dall’erosione.

La fuoriuscita di gas e di fluidi dal sottosuolo causadepressioni nel fondale marino che spesso sono asso-ciate alla presenza di faglie. Le pendenze di tali depres-sioni possono risultare localmente elevate dando origi-ne a piccoli dissesti. I fenomeni intrusivi di materialesalino o fangoso, come pure i vulcanelli di fango, eser-citano una forte pressione laterale nel terreno circostan-te e, se localizzati a monte di un versante, possono indur-re notevoli deformazioni con espulsione di materiale chepotrebbe investire un’eventuale condotta situata a valle,danneggiandola o ricoprendola.

I terremoti influiscono sulla stabilità dei pendii sot-tomarini allo stesso modo che nei versanti a terra. L’a-zione dei ghiacciai e degli iceberg può essere invece moltoimportante sul fondale marino e si evidenzia attraversola presenza di suoli molto sovraconsolidati e di profondisolchi scavati. Ai fini dello studio della stabilità di un’a-rea vanno considerati anche gli effetti legati all’installa-zione della condotta e alla possibile subsidenza conse-guente allo sfruttamento di giacimenti sottomarini per lacompattazione associata alla produzione.

Tra le cause in grado di ridurre le capacità di resi-stenza del terreno sono da annoverare tutti quei fattoriche provocano variazioni dello stato tensionale totale nelterreno in modo non drenato o solo parzialmente drena-to, vale a dire tutte quelle variazioni di carico che avven-gono in maniera tanto rapida, rispetto alla permeabilitàdel terreno, da non consentire la contemporanea fuoriu-scita dell’acqua dai pori e quindi causare l’aumento delle



intrusionedi materiale

fuoriuscitadi gas

franaretrogressiva

flussogravitativo

azionesismica

potenzialelinea di

scorrimento

vulcanellodi fango

generazionedi onde

maremoto

fig. 14. Immagine tridimensionale di fondalemarino: scarpata e margine continentale molto irregolare con presenza di pendii ripidi e canyon favorevoli allo sviluppo di flussigravitativi (per cortesia di R. Bruschi).

fig. 15. Schema delle varie tipologie di rischio geomorfosismicoche caratterizzanol’ambiente sottomarino.

pressioni interstiziali. Una deposizione troppo rapida disedimenti (fenomeno tipico alla foce dei grandi fiumi)dà origine alla formazione di materiale sottoconsolidato,il cui comportamento in termini di stabilità deve esserenecessariamente analizzato di volta in volta attraversol’uso di appositi modelli. Alcuni terreni presentano uncomportamento di tipo fragile o contrattivo (Poulos, 1988),cioè subiscono una forte compattazione quando sono sot-toposti ad azioni di taglio superiori a quella limite (o dipicco) del materiale. Il carico dovuto a un sisma sotto-pone il terreno a una serie di variazioni cicliche dello sfor-zo (Kramer, 1996) che può causare la compattazione dimateriali normalmente consolidati o debolmente conso-lidati, con aumento della pressione interstiziale e dimi-nuzione della resistenza. Le argille soffici e normalmen-te consolidate sono particolarmente sensibili a questofenomeno e possono subire un notevole rimaneggiamentocon conseguenze importanti per il loro comportamentomeccanico, di cui è fondamentale tenere conto in sede distudio e modellizzazione. La diminuzione di tensioni effi-caci, e quindi di resistenza, può essere dovuta anche alladissoluzione o alla espansione del gas contenuto nei pori.I suoli contenenti gas rappresentano uno dei temi piùimportanti nello studio della stabilità dei fondali marini.La presenza di idrati nel terreno è un altro aspetto dellostesso problema. In determinate condizioni di pressionee temperatura le formazioni cristalline tendono a scio-gliersi liberando grandi quantità di gas e inducendo unaumento della pressione interstiziale.

Terremoti e azioni sismicheI terremoti rappresentano uno dei fattori più impor-

tanti tra le cause naturali in grado di innescare grandifenomeni di instabilità. La letteratura specializzata ripor-ta innumerevoli episodi catastrofici di frane sottomari-ne (Poulos, 1988). Uno degli effetti associati a un even-to sismico in grado di innescare grandi fenomeni di insta-bilità è la fluidizzazione del terreno. Durante un sismale sabbie sciolte e i limi tendono a compattarsi trasfe-rendo il carico sull’acqua che riempie i pori, con conse-guente aumento della pressione interstiziale e creazionedi flussi verso l’alto. Ciò comporta la riduzione delle ten-sioni efficaci mentre il gradiente di flusso verso l’altopuò raggiungere un valore tale da fluidizzare gli stratipiù superficiali. In acque molto profonde il fondale sipresenta generalmente composto di argilla o sedimentiargillosi. La maggior parte dei terreni coesivi non è sog-getta alla fluidizzazione, tuttavia alcuni tipi di materia-li (argille sensitive), caratterizzati da basso contenuto diargilla, bassa plasticità ed elevato contenuto di acqua,possono subire grandi perdite di resistenza (Seed et al.,2003). Molte argille marine possono subire questa per-dita di resistenza anche a causa delle alterazioni chimi-che provocate dal dilavamento delle sostanze saline edalla perdita dei contatti intergranulari. In presenza di

materiali soggetti al rischio di fluidizzazione è necessa-rio effettuare analisi dettagliate del problema, stimandoil rischio di occorrenza degli eventi, ed eventualmenteprevedere le opportune contromisure (Kramer, 1996).

Anche se i materiali deposti in acque profonde gene-ralmente non sono soggetti a fluidizzazione, un eventosismico può comunque causare fenomeni di instabilitàattraverso la somma di spostamenti verso il basso con-seguenti a riduzioni cicliche della resistenza. La valuta-zione della stabilità dei pendii in condizioni sismiche èsimile alla soluzione dell’analogo problema a terra. Perla comprensione dei fenomeni, ai fini della progettazio-ne di una condotta sottomarina in un fondale argilloso,è importante stabilire se le deformazioni che si genera-no nella massa di terreno sono di tipo elastico (e quindirecuperate alla fine dell’evento sismico) o plastico (cioèconsistenti in una deformazione residua permanente). Inquest’ultimo caso, interessa stabilire quale sia l’entità ditale deformazione e se il terreno è in grado di conserva-re le proprie caratteristiche meccaniche alla fine dell’e-vento sismico oppure subisce una degradazione.

In particolari condizioni morfologiche (pendenze ele-vate, disponibilità di materiale, presenza di canyon ocanali di trasporto) ai fenomeni di instabilità può segui-re l’innesco di flussi gravitativi e correnti di torbida(Bughi e Venturi, 2001). Nel caso generico dei flussi gra-vitativi si tratta di flussi di materiale più o meno gros-solano trasportato da una matrice più fine che, da unpunto di vista meccanico, si comporta come un mate-riale viscoplastico che si muove su pendii piuttosto ripi-di. Le velocità di moto sono approssimativamente del-l’ordine delle decine di metri al secondo e le distanzepercorse dell’ordine di alcuni chilometri. È relativamentefacile rilevare i segni di un flusso gravitativo avvenutosu un fondale marino attraverso le prospezioni geofisi-che, ma non esistono misure dirette del movimento. Datala massa dei materiali, i volumi coinvolti e, soprattutto,la velocità del moto, i flussi gravitativi rappresentanouna seria minaccia per la sicurezza delle condotte sotto-marine. Le correnti di torbida si riferiscono a un miscu-glio di materiale fine e acqua che, una volta mobilizza-to, è in grado di svilupparsi e autoalimentarsi anche infondali a pendenze molto basse. La densità del materia-le in questo caso è poco superiore a quella dell’acqua ela velocità media è di circa 10 m/s; le distanze percor-se possono essere di varie decine o centinaia di chilo-metri. Anche le correnti di torbida possono influenzarela stabilità della condotta sul fondo e date le distanzepercorse da queste, come pure dai flussi gravitativi gene-rici, si comprende come lo studio dell’ambiente per laprogettazione di una condotta sottomarina deve neces-sariamente riguardare aree molto estese e non può limi-tarsi al corridoio costituito dal suo tracciato (Bughi eVenturi, 2001). A differenza del caso dell’ambiente ter-restre, l’esplorazione e la raccolta di dati morfologici e



soprattutto geotecnici per la modellizzazione e l’analisidei fenomeni che avvengono sul fondale è molto diffi-cile e spesso impossibile. Maggiori sono le incertezzerelative ai parametri misurati, più elevato è il grado diinterpolazione delle informazioni applicate nell’area.

Fluidizzazione prodotta dal moto ondosoIl fenomeno della fluidizzazione può essere anche

conseguente a un carico diverso da quello dovuto a unterremoto. In particolare, nelle zone costiere e dove laprofondità dell’acqua è sufficientemente bassa da tra-smettere l’effetto del moto ondoso fino al fondo, l’azio-ne ciclica che ne deriva può causare la fluidizzazione delterreno se le caratteristiche di quest’ultimo sono tali darenderlo sensibile a tale fenomeno (Rahman e Jaber,1986; Madsen, 1989). Analogamente alla fluidizzazio-ne da sisma, quella conseguente all’azione del moto ondo-so riduce la resistenza del materiale e crea le condizio-ni ideali per l’innesco di fenomeni di instabilità. In par-ticolare, nei casi in cui la condotta, per motivi costruttivio naturali, si trova interrata o parzialmente immersa nelterreno, la fluidizzazione del fondo può portare al suogalleggiamento generando configurazioni geometrichetali da indurre stati tensionali anomali per la condotta,che possono comprometterne seriamente l’integrità.

7.1.3 Fluidodinamica del trasporto

Una corretta progettazione idraulica di una condotta e deisuoi componenti richiede l’utilizzo di modelli fluidodina-mici per predire le proprietà del fluido e come esse pos-sano modificarsi al variare della temperatura e della pres-sione. A seconda del tipo di condotta in esame, terrestre omarina, e della tipologia del fluido trasportato, liquido ogassoso, ecc., le analisi fluidodinamiche possono essereeseguite con diversi obiettivi (Mohitpour et al., 2000;Palmer e King, 2004); per esempio, è possibile determi-nare: la massima portata, una volta noti lunghezza dellacondotta, rotta seguita, pressione di ingresso, pressione diarrivo, proprietà del fluido e diametro della condotta; ildiametro della condotta, una volta definite portata massi-ma, pressione di ingresso, pressione di uscita, proprietà delprodotto trasportato, lunghezza della condotta e rotta; lapressione di ingresso o di arrivo, una volta definite le altrevariabili in gioco ma con altre variabili da ottimizzare.

Il primo esempio è tipico delle condotte marine, il se-condo sia delle condotte a terra sia delle condotte marine,il terzo delle condotte a terra. Questi obiettivi devono essereperseguiti assicurando che la condotta sia stata progettatacorrettamente, in maniera tale da ottimizzare i costi dicostruzione (che aumentano con l’aumentare del diametrodella condotta) e i costi operativi (che diminuiscono conl’aumentare del diametro della condotta, a causa della di-minuzione delle perdite di pressione e della conseguente

riduzione delle prestazioni richieste alla stazione di pom-paggio/compressione), e che i requisiti necessari di sicurez-za nei confronti dell’ambiente circostante siano rispettati.

Proprietà fisiche del fluido

Il fluido trasportato all’interno di una condotta può esse-re in fase singola o multifase. Un flusso in fase singola puòessere gassoso oppure liquido, senza particelle solide e senzanessun altro tipo di liquido o di gas insolubile. Il flusso digas naturale e di olio trattati sono esempi di flusso in fasesingola. Un flusso multifase contiene almeno due fasi sepa-rate, per esempio: a) una fase liquida e una solida; b) unagassosa e una solida; c) una liquida e una gassosa; d) duefasi liquide immiscibili. Flussi multifase sono spesso pre-senti nelle condotte che collegano il giacimento di petroliocon la centrale di trattamento, posta in prossimità del gia-cimento dove gli idrocarburi estratti sono trattati prima diessere trasportati alla raffineria. Il fluido multifase in gene-rale comprende una fase gassosa, una o più fasi liquide (olioe acqua) e qualche volta una fase solida (sabbia); è incom-primibile se la densità di ciascuna particella presente nelflusso, sia essa fluida oppure solida, rimane costante, ed èomogeneo se la densità è costante lungo il flusso stesso.

Le proprietà fisiche necessarie per un’analisi inge-gneristica sono: a) fasi presenti e loro percentuale; b) pesomolecolare; c) densità; d) compressibilità; e) viscosità;f ) capacità termica; g) conduttività termica; h) tensionesuperficiale (per flussi multifase). Nella letteratura del set-tore sono disponibili diverse correlazioni che permettonodi legare le proprietà fisiche sopra indicate. Per descrive-re il comportamento del sistema fluido sono utilizzateequazioni di stato, che legano tra loro la pressione, il volu-me e la temperatura. Per descrivere il comportamento deifluidi reali sono state sviluppate delle relazioni semiem-piriche che legano i vari parametri, utilizzando costantideterminate sperimentalmente. Tali equazioni sono chia-mate in genere con il nome dei ricercatori che le hannosviluppate, quali l’equazione di Peng-Robinson, l’equa-zione di Soave-Redlich-Kwong, l’equazione di Benidict-Web-Rubin-Starling e l’equazione di Chao-Seader-Gray-son-Streed (Katz et al., 1959; Mohitpour et al., 2000). Iparametri fondamentali di un fluido sono la densità, laviscosità e la compressibilità (importante per i fluidi gas-sosi). Nei fluidi newtoniani, la resistenza al movimento èdirettamente proporzionale alla velocità del fluido attra-verso la viscosità dinamica che è costante; nei fluidi nonnewtoniani, la viscosità varia al variare dello sforzo ditaglio e il loro comportamento è notevolmente più com-plesso. Le proprietà fisiche di un sistema fluido dipendo-no generalmente dalla pressione e dalla temperatura. Unaumento di temperatura ha un effetto positivo per le con-dotte che trasportano idrocarburi liquidi poiché diminui-sce la viscosità e la densità abbassando, pertanto, la per-dita di carico (Mohitpour et al., 2000). Al contrario, un



aumento di temperatura ha un effetto negativo per le con-dotte a gas poiché, abbassando la trasmissibilità, crescela perdita di pressione. Il valore assoluto della viscositàdel gas aumenta con il crescere della pressione e dellatemperatura; tale aumento provoca un incremento dellaperdita di pressione d’attrito lungo la condotta e, quin-di, una crescita netta della potenza necessaria per rea-lizzare una data portata (Mohitpour et al., 2000).

Analisi idraulica

L’analisi idraulica di una condotta può essere ese-guita nell’ipotesi di condizioni stazionarie e non. Nelcaso di flusso stazionario si ipotizza che le proprietàdel fluido quali pressione, temperatura e velocità all’in-terno della condotta, non varino nel tempo oppure vari-no lentamente (McAllister, 1988; Kern, 1990). Per unflusso non stazionario (transitorio) si prende in esameil comportamento del sistema nel caso in cui varino conil tempo alcuni parametri fondamentali quali, per esem-pio, la pressione di mandata, la velocità del fluido, ecc.(Mohitpour, 1991).

Generalmente i sistemi di condotte sono progettatiassumendo condizioni di flusso stazionarie, considera-te sufficienti per ottimizzare i parametri progettuali diuna condotta. Tuttavia, esistono situazioni che richiedo-no analisi più sofisticate rispetto a quelle convenziona-li che si presentano in condizioni di flusso stazionario.Queste situazioni includono condizioni di esercizio moltosevere (per esempio, pressione e temperatura elevate) erapide variazioni della portata, quali quelle che prece-dono e seguono il collaudo della condotta. In questa e inaltre circostanze, analisi idrauliche transitorie (dette anchedinamiche o non stazionarie) sono necessarie per veri-ficare le capacità della stazione di pompaggio/compres-sione, scegliere i suoi componenti ausiliari e assicurareun certo grado di sicurezza.

Fin dagli inizi del 19° secolo è stato portato avantiun grande lavoro per sviluppare modelli interpretativial fine di predire accuratamente le condizioni di flus-so di fluidi monofase liquidi e gassosi (Mohitpour etal., 2000). Escludendo i flussi multifase, i modelli mate-matici disponibili sono evoluti a tal punto che nellamaggior parte delle equazioni l’errore intrinseco è tra-scurabile rispetto all’errore causato dall’incertezza deidati di input quali la rugosità superficiale della parete,la temperatura operativa, ecc. Per esempio, l’analisiidraulica di una condotta a gas in condizioni staziona-rie può predire la perdita di pressione con un’accura-tezza inferiore al 3%; i parametri usati come input nelleequazioni di flusso, quali portata, temperatura e pres-sione operative e rugosità interna delle pareti, hannoinvece un impatto ben più grande sull’errore totale. Imodelli idraulici che descrivono la dinamica del tra-sporto di fluidi nelle condotte sono basati generalmente

su tre equazioni/relazioni fondamentali riguardantila conservazione della massa, il bilancio delle forzee la conservazione dell’energia (Katz et al., 1959;Mohitpour et al., 2000).

Condizioni di flusso stazionarioIn generale, i risultati delle analisi idrauliche in

condizioni stazionarie sono utilizzati nella progetta-zione di una condotta. In particolare, si analizzano ilflusso e le cadute di pressione per determinare lacapacità, il diametro della condotta, la lunghezza deicircuiti chiusi e la potenza necessaria alla stazione dicompressione/pompaggio.

Secondo la formulazione di Bernoulli (Mohitpouret al., 2000), in tutte le sezioni di una condotta per-corsa da un fluido incomprimibile di densità r inmoto stazionario, quando siano trascurabili i fenome-ni d’attrito, assume lo stesso valore il trinomioseguente

p v2z�13�13

rg 2g

dove, in corrispondenza di una data sezione, z è la quotarispetto a una quota di riferimento, p è la pressione delfluido, g l’accelerazione di gravità e v la velocità delfluido.

In realtà, nelle condotte sono presenti fenomenid’attrito e pertanto sono state proposte varie modifica-zioni alla formulazione di Bernoulli. In particolare, laperdita di pressione per unità di lunghezza della con-dotta dovuta all’attrito esercitato dalla parete dellacondotta sul fluido al suo interno è data da

frv2hf�1322

2D

dove D è il diametro interno della condotta e f il fattoredi attrito, per il quale sono state proposte varie formule(una delle più comuni è quella di Darcy-Weisbach; inalternativa è spesso usata la formula di Fanning). Percalcolare il fattore d’attrito è necessario valutare ilregime di flusso: laminare o turbolento. Questo sidetermina calcolando il numero di Reynolds

rVD VDRe�1323�13

m v

che rappresenta il rapporto tra le forze d’inerzia, rV 2,e le forze viscose, mV

13

Ddove m è la viscosità dina-

mica e v � m13

D, la viscosità cinematica. Per numeri di

Reynolds inferiori a 2.000 il flusso è laminare e il fatto-re di attrito è pari a

64f�13

Re

Per numeri di Reynolds superiori a 2.300 f può esserecalcolato utilizzando l’equazione empirica di Colebrook-



White, nella quale interviene la rugosità e della pareteinterna della condotta:

1 2e 18,711�1,74�2log�1�111��1

f D Re�1

f

Per valori del numero di Reynolds molto elevati, ilsecondo termine tra parentesi diventa trascurabile, ilche semplifica notevolmente il calcolo di f. L’equazio-ne di Colebrook-White è usata per costruire il diagrammadi Moody (fig. 16), che permette di valutare graficamen-te i fattori d’attrito. Valori tipici di rugosità per tubi inacciaio sono: acciaio ripulito, massimo 0,005 mm; acciaioleggermente corroso, circa 0,01 mm; acciaio fortementecorroso, fino a 1,0 mm. Questi valori sono indicativi egeneralmente dipendono dal metodo di fabbricazione, daiprocessi di pulitura che possono essere eseguiti e dallastoria del tubo dalla fabbricazione all’utilizzo. Durantela vita operativa possono verificarsi cambiamenti, peresempio un aumento del fattore di attrito dovuto alla cor-rosione o al deposito di cere nelle condotte offshore chetrasportano fluidi corrosivi e parzialmente trattati. Levelocità del fluido all’interno di una condotta varianosecondo la fase della vita operativa. Valori tipici dellavelocità sono: idrocarburo in fase liquida, da 1,0 fino a4,5 m/s; idrocarburo in fase gassosa, minore di 18,0 m/s(al limite del rumore); idrocarburo bifase (liquido e gas),maggiore di 3,0 m/s e minore della velocità alla quale siverificano consistenti fenomeni di erosione, pari a

122ve�111

�1

r

(Palmer e King, 2004).

Perdite di pressione localizzate sono associate a ridu-zioni della sezione o a un cambiamento di direzione delflusso lungo la condotta. Nel trasporto su lunga distan-za, questa perdita non è generalmente importante, manel caso di condotte corte e di molti raccordi questa per-dita può essere significativa. Le perdite di pressione neiraccordi possono essere determinate mediante una com-binazione di formulazioni teoriche e prove sperimenta-li; esse possono essere considerate come perdita di pres-sione data da un coefficiente di resistenza, o da una lun-ghezza equivalente di tubazione diritta. L’energia termicadel fluido trasportato può essere considerata come unaparte dell’energia totale del sistema condotta, applican-do la prima legge della termodinamica. Tuttavia, la tra-sformazione di energia meccanica in energia termica nonè significativa nel calcolo idraulico; è invece importan-te l’effetto della temperatura sulle proprietà fisiche e chi-miche del fluido trasportato: questa infatti può influen-zare la viscosità, la stabilità della fase liquida/gassosa,la corrosione o la formazione degli idrati. Nei gas, latemperatura è una variabile fondamentale nel calcolodella portata; quindi è importante predire il profilo ditemperatura lungo la condotta.

Condizioni di flusso non stazionarioPer valutare le differenze tra flussi stazionari e tran-

sitori si deve analizzare il comportamento di base dei flus-si comprimibili e incomprimibili. Tutti i fluidi sono com-primibili, tuttavia i gas lo sono molto più dei liquidi, comeriflesso nel calcolo delle cadute di pressione e di portata.Per prevedere accuratamente le cadute di pressione, leproprietà del fluido devono essere determinate al variare



. . .. .0,050000,04000

0,03000

0,020000,01500

0,01000

0,100 zona aflusso

laminarezonacritica

zonadi

transizione

flusso laminare

turbolenza completa0,0900,0800,070

0,060

0,050

0,040

0,030

0,025

0,020

0,015

0,010

32 4 56 104 32 4 56 105 32 4 56 106 32 4 56 107 32 4 56 108103

0,0090,008

0,008000,00600

0,00400

0,00200

0,001000,000800,000600,00040

0,00020

0,00010

0,00005

0,00001

rugo

sità

rel

ativ

a (e

/D)

fatt

ore

di a

ttri

to (

f)

numero di Reynolds (Re = VD/n)

Rcr

tubi rugosi

tubi lisci

fig. 16. Diagramma di Moody.

della pressione e della temperatura lungo la condotta. Neiliquidi, le proprietà variano poco con la pressione e latemperatura, quindi non c’è necessità di calcolare le pro-prietà del fluido lungo la condotta. Nel caso dei gas, lacomprimibilità del fluido non modifica solo le proprietàdello stesso. In condizioni di flusso transitorio, si mani-festano fenomeni legati alla variazione di pressione e allacomprimibilità del fluido, quali l’impaccamento (accu-mulo) del gas nella condotta, con conseguente lentoaumento della pressione, e le sovrapressioni dinamichecollegate a processi rapidi; di questi fenomeni bisognatenere conto nella progettazione della condotta.

Per le condotte che trasportano liquidi, gli obiettividelle analisi dinamiche possono essere: a) l’ottimizza-zione economica di una condotta, che comprende l’uti-lizzo del sistema di controllo della sovrapressione dina-mica in relazione a uno spessore di acciaio più elevato;b) il controllo del colpo di ariete e il dimensionamentoe il posizionamento di valvole di scarico della sovra-pressione indotta dalla sovrapressione dinamica; c) laprogettazione e l’utilizzo del sistema di controllo, checonsidera la progettazione della valvola di controllo dellastazione di compressione per ridurre l’aumento di pres-sione e proteggere la condotta da eccessive sovrapres-sioni dinamiche; d) l’effetto di una rapida chiusura dellevalvole; e) l’effetto di rapide fluttuazioni di flusso; f ) laprogettazione del sistema di rilascio della sovrapressio-ne dinamica; g) la determinazione di possibili rotture eperdite lungo la condotta (Mohitpour et al., 2000).

Per le condotte che trasportano gas, gli obiettivi delleanalisi dinamiche possono riguardare: a) la determina-zione di possibili perdite di gas lungo la condotta; b) larisposta della condotta a variazioni rapide di portata o dicompressione; c) l’apertura e la chiusura di valvole; d) ladeterminazione delle condizioni di impaccamento dellacondotta; e) le pulsazioni generate dal flusso interno;f ) l’ottimizzazione della posizione delle stazioni di com-pressione lungo la rotta della condotta; g) la progetta-zione della capacità della condotta di garantire la quan-tità di gas richiesta in un sistema complesso/articolatodi condotte (Mohitpour et al., 2000).

Trasporto di gas

Parete internaLe condotte sono rivestite internamente tutte le volte

che i fluidi trasportati hanno un’azione corrosiva o ossi-dante che deve essere contrastata o controllata. La sceltadel tipo di rivestimento va compiuta in funzione del tipodi fluido da trasportare (acqua, gas, olio, ecc.), delle carat-teristiche del fluido (composizione chimica, fisica, batte-riologica, temperatura e pressione di esercizio) e dellamodalità di esercizio (funzionamento temporaneo o non,condotte parzialmente riempite o non, ecc.). Spesso, all’in-terno della condotta è applicato un rivestimento allo scopo

di ridurre le rugosità della superficie interna e quindi leperdite di carico di alcuni punti percentuali. La riduzionedella perdita di pressione, dovuta alla comprimibilità delgas, aumenta la quantità di gas trasportato all’aumentaredella pressione di trasporto e quindi ha delle implicazio-ni sui costi di trasporto di condotte a gas che operano sulunghe distanze (5.000-6.000 km).

Il flusso in una condotta a gas è generalmente tur-bolento, ovvero caratterizzato da un elevato numero diReynolds (�1,0·107) dovuto alla bassa viscosità e all’e-levata densità del gas, il quale è soggetto a pressioni ope-rative d’esercizio che variano da 10 a 30 MPa (il primovalore rappresenta un limite superiore per le condotteterrestri, il secondo per quelle sottomarine). Per valoricosì alti del numero di Reynolds, l’equazione di Cole-brook-White predice un fattore d’attrito elevato anchein presenza di rugosità minime (�1 mm). Negli ultimianni è stata portata avanti una serie di attività di ricercasperimentale e teorica al fine di quantificare in manierapiù accurata la resistenza di tubi con e senza rivestimentointerno, utilizzati per il trasporto di gas, e di definire rive-stimenti interni adatti a ridurre le perdite di carico duran-te tutta la vita operativa della condotta.

CompressoriLa compressione del gas trasportato è necessaria nelle

condotte a gas per superare le perdite di pressione cheavvengono lungo la condotta e per garantire certe condi-zioni di portata e pressione al punto di arrivo (Pfleiderere Petermann, 1985; Mukherjee, 1997). Le perdite di pres-sione sono dovute all’espansione del gas, all’attrito con-tro la parete interna della condotta, a variazioni di quota,o a variazioni di temperatura. I compressori possono esse-re raggruppati in tre diverse categorie: compressori volu-metrici, compressori dinamici e iniettori (fig. 17).

I compressori volumetrici intrappolano una certaquantità di gas all’interno di un volume chiuso: ridu-cendo il volume, essi aumentano la pressione del gasintrappolato; il gas compresso viene poi rilasciato alpunto di scarico del compressore. Tali compressori sidividono a loro volta in compressori alternativi e rotati-vi. Nei primi, un pistone riduce il volume del gas all’in-terno del cilindro e sono necessarie valvole per l’ingressoe l’uscita del gas compresso e per ovviare all’inversio-ne del flusso. Nei compressori rotativi, i rotori hannodelle cavità che intrappolano il gas in un volume fisso ovariabile tra le cavità stesse e la carcassa esterna fissadel compressore. Il gas si muove dal punto di ingresso(detto anche mandata) al punto di scarico. Questo tipodi compressore non necessita di valvole e viene gene-ralmente utilizzato per comprimere l’aria negli impian-ti. I compressori dinamici, detti anche continui, si divi-dono a loro volta in due grandi categorie: compressoricentrifughi (o radiali) e compressori assiali. Nei primi,le palette della girante aumentano l’energia cinetica del



gas in ingresso: quando le palette ruotano, le forze cen-trifughe spingono il gas verso l’esterno e quindi aumen-ta la velocità tangenziale del gas. La compressione del gasavviene in parte nell’elica e in parte nel diffusore radialeche avvolge la girante, o nel diffusore di scarico del com-pressore. Nei compressori assiali, invece, un rotore tra-sferisce la sua energia al gas che passa attraverso di essodurante la compressione. In questo tipo di compressore,il flusso del gas è parallelo all’albero del motore. Gli iniet-tori utilizzano l’energia cinetica di un flusso di fluido percomprimere un altro fluido. Questi tipi di compressori nonsono utilizzati nei sistemi di trasporto di gas.

A volte, per ottenere la pressione di scarico richiestaper trasportare il gas, si può utilizzare un certo numerodi compressori in serie (ovvero lo scarico di ogni com-pressore è collegato con la mandata del compressore suc-cessivo) per superare le limitazioni sui rapporti di com-pressione di un singolo compressore a gas. Le limita-zioni principali sono:• sul rapporto di compressione; per ragioni di sicu-

rezza, il rapporto di compressione è generalmenteinferiore a 6 per compressori di gas. Rapporti dicompressione elevati aumentano significativamen-te le forze applicate sull’albero e sugli altri elementimeccanici del compressore, rendendone la proget-tazione complicata e costosa e l’esercizio del com-pressore potrebbe risultare in certe condizioni nonsicuro. Specialmente a pressioni e a portate eleva-te, tipiche di condotte lunghe e con grandi diame-tri, il valore del rapporto di compressione varia da1,2 a 2,0;

• sulla temperatura; i costruttori di compressori rac-comandano una temperatura di scarico massima dicirca 100 °C.

Sistemi di raffreddamentoI sistemi per il raffreddamento sono ampiamente uti-

lizzati nell’industria del trasporto del gas e possono esse-re impiegati come sistemi di preraffreddamento (all’a-spirazione/ingresso di una stazione di compressione) odi interraffreddamento (tra compressori in serie) per pro-teggere il gasdotto dal riscaldamento eccessivo. Essi pos-sono essere utilizzati anche come sistemi di postraf-freddamento (all’uscita della stazione di compressione)per proteggere il rivestimento anticorrosivo esterno dellacondotta dal danneggiamento a temperature elevate. Ilraffreddamento del gas all’uscita delle stazioni di com-pressione riduce anche la caduta di pressione lungo lacondotta, in quanto il gas viene trasportato a una tem-peratura inferiore. I sistemi di postraffreddamento ridu-cono anche la potenza necessaria alla stazione di com-pressione successiva che riceve il gas a una temperatu-ra di ingresso inferiore.

Esistono due tipi di sistemi di raffreddamento per igas: gli scambiatori di calore ad aria e gli scambiatori di

calore ad acqua. Secondo le condizioni climatiche e geo-grafiche, entrambi i tipi (o una combinazione di entram-bi) possono essere utilizzati per garantire il raffredda-mento richiesto. I costi operativi degli scambiatori dicalore ad acqua sono molto più elevati di quelli degliscambiatori di calore ad aria. Se le condizioni ambien-tali lo permettono, specialmente nelle aree remote, gliscambiatori di calore con raffreddamento ad aria ven-gono utilizzati nei sistemi di trasporto di condotte a gas.I componenti principali di uno scambiatore di questo tiposono: a) le ventole di raffreddamento; b) i motori colle-gati alle ventole di raffreddamento; c) il sistema di con-trollo della velocità delle ventole; d) la struttura di sup-porto; e) i collettori del gas da raffreddare.

Macchine motriciI compressori sono generalmente accoppiati con altre

macchine motrici collegate all’albero del compressore,come turbine a gas, motori elettrici, turbine a vapore(Pfleiderer e Petermann, 1985; Wilson, 1991; Mohitpouret al., 2000; Palmer e King, 2004).

Le turbine a gas sono le macchine motrici più comune-mente utilizzate in aree remote, soprattutto nei sistemi ditrasporto del gas, e sono generalmente accoppiate con icompressori centrifughi a gas. In esse la turbina di poten-za è collegata direttamente all’albero del compressoredella condotta. Le turbine a gas sono relativamente com-patte, hanno un rapporto potenza/peso elevato e sonomolto adatte per le alte velocità richieste dai compressoricentrifughi. Generalmente sono molto flessibili e si adat-tano bene alle condizioni d’esercizio dei compressori.

Trasporto di liquidi

Riduttori di resistenzaIl requisito principale del trasporto di un idrocar-

buro in fase liquida è che la pressione alla stazione dipompaggio sia tale da garantire la pressione d’arrivo e



compressori

volumetrici

alternativi rotativi centrifughi assiali eiettori

monostadiopolistadio

a palettea lobia viteecc.


polistadiocon palette

rotorefisse o

regolabili


dinamici iniettori

fig. 17. Classificazione dei compressori.

la portata di fluido richieste. Un altro fattore impor-tante è che non ci siano punti lungo la condotta in cuila pressione interna scenda sotto la tensione di vaporedel liquido. Il comportamento di un liquido dipendeesclusivamente dalla densità e dalla viscosità. La visco-sità di tutti i liquidi varia con la temperatura; per esem-pio, nelle linee corte la temperatura all’ingresso è ele-vata e può avere una grande influenza sulla perdita dipressione.

Per aumentare la capacità di un sistema di condotteche trasportano liquidi, si possono inserire condotte paral-lele lungo le sezioni che fanno da ‘collo di bottiglia’ e/osi può aumentare la potenza del sistema di pompaggio.Qualche volta un’alternativa interessante può consiste-re nell’iniezione di un additivo, detto ‘riduttore di resi-stenza’ (drag reducer), che riduce l’attrito. L’additivo èun polimero con peso molecolare elevato e catena mole-colare lunga. L’effetto di un riduttore di resistenza è quel-lo di sopprimere i vortici che si formano in prossimitàdella parete della condotta e che dissipano energia; per-tanto i riduttori di resistenza funzionano solamente incondizioni di flusso turbolento completamente svilup-pato. L’effetto di riduzione della resistenza diminuiscenella direzione del flusso a causa della graduale rotturadei legami molecolari della lunga catena del polimero.Nelle stazioni ausiliarie con pompe centrifughe, il poli-mero viene distrutto ed è pertanto necessario reiniettarenuovo additivo per mantenere l’effetto a valle della sta-zione (le pompe volumetriche sono meno dannose perl’additivo). Il riduttore di resistenza per sua natura è unliquido molto viscoso e deve essere iniettato a valle dellapompa tramite una piccola pompa volumetrica. La suaefficacia e la quantità richiesta possono essere calco-late una volta note le caratteristiche del polimero e del-l’idrocarburo liquido trasportato, ma le predizioni attua-li non sono sempre attendibili. Una prima indicazione(Palmer e King, 2004) delle quantità richieste è: 4-10g/m3 per un aumento del 5% della portata; 8-25 g/m3 perun aumento del 10% della portata; 13-40 g/m3 per unaumento del 15% della portata.

I riduttori di resistenza sono generalmente più ef-ficaci a elevate velocità (�1,8 m/s) e a basse viscositàcinematiche (�10 cSt) e per brevi tratti di condotte(�75 km). L’efficacia diminuisce con l’aumentare dellapercentuale d’acqua contenuta, poiché il riduttore diresistenza è solubile solamente nella fase olio. I ridut-tori di resistenza sono inefficaci con idrocarburi liqui-di contenenti cere a temperature sotto il punto di scor-rimento.

PompeLa fase di compressione è necessaria nelle condot-

te che trasportano idrocarburi liquidi, per superare leperdite di pressione che avvengono lungo la condottae per garantire certe condizioni di portata e pressione

al punto d’arrivo. Le perdite di pressione sono dovuteall’attrito sulla parete interna della condotta e alle varia-zioni di quota.

Le pompe possono essere raggruppate in due diver-se categorie: pompe volumetriche e pompe cinetiche(fig. 18).

Le pompe volumetriche sono a loro volta classifica-te in pompe rotative e pompe alternative (Karassik, 1976).Le pompe rotative consistono di una carcassa fissa con-tenente ingranaggi, viti, stantuffi, palette o elementi simi-li, comandati dalla rotazione dell’albero motore; le pompealternative sono a loro volta suddivise in pompe ad azio-ne diretta e pompe con volano e manovella, entrambemovimentate da sistemi di potenza a vapore.

Le pompe cinetiche più importanti sono quelle cen-trifughe che a loro volta si dividono in pompe con flus-so radiale, misto e assiale (Pfleiderer e Petermann, 1985;Lobanoff e Ross, 1987). Le pompe con flusso radialesono quelle in cui la pressione è sviluppata principal-mente dall’azione di una forza centrifuga: il liquidoentra nella girante in prossimità del mozzo e si muoveradialmente verso la periferia della pompa; le pompecon flusso misto sono quelle in cui la pressione è svi-luppata in parte dalla forza centrifuga e in parte dallaportanza delle palette sul liquido: il liquido entra nellagirante in prossimità del mozzo e viene scaricato sianella direzione assiale sia in quella radiale; le pompecon flusso assiale, qualche volta chiamate pompe a elica,sviluppano la maggior parte della loro pressione attra-verso la rotazione e la portanza delle palette sul liqui-do: il liquido entra nella girante assialmente e vienescaricato assialmente.

Le pompe centrifughe possono essere a stadio sin-golo, ovvero la pressione totale è sviluppata in una solagirante, o multistadio, oppure con due o più giranti cheagiscono in serie all’interno della carcassa del diffuso-re. Le pompe più usate nelle stazioni di compressione dicondotte di idrocarburi liquidi sono quelle centrifughe equelle volumetriche. Quelle centrifughe sono pompe aelevato numero di giri, collegate attraverso moltiplica-tori di velocità a motori a combustione interna o a moto-ri elettrici. Nelle grosse stazioni di pompaggio esse sonocollegate in serie, di modo che ciascuna pompa tratti tuttoil flusso, aumentando la pressione del liquido da tra-sportare.

Le pompe centrifughe offrono una serie di vantaggi:primo fra tutti il fatto che il flusso di liquido che escedalla pompa non presenta pulsazioni significative; sevengono installate e fatte funzionare in modo correttonon sono soggette a vibrazioni significative; possonooperare all’esterno o in piccoli edifici; hanno bisognosolamente di fondazioni leggere e possono essere puli-te facilmente. Inoltre hanno costi ridotti e sono di costru-zione e funzionamento semplici, oltre a richiedere unospazio relativamente piccolo.



Trasporto multifase

RegimiIn un flusso in fase singola, la velocità media è il

rapporto tra la portata volumetrica e l’area della sezio-ne interna della condotta. Se sono presenti più fasi, lavelocità di ciascuna di esse è espressa dalla velocità incorrispondenza alla superficie di separazione tra le fasi,la quale rappresenta la velocità che ogni fase avrebbese fosse l’unica a essere trasportata all’interno dellacondotta. Si noti che tale velocità non esprime la velo-cità con cui la fase si muove all’interno della condot-ta, ma rappresenta la portata volumetrica relativa diquella fase.

L’idrodinamica di un flusso multifase è assai più com-plicata di quella di un flusso in fase singola, perché lediverse fasi hanno densità e proprietà meccaniche moltodiverse tra loro e perché all’interno della condotta pos-sono generarsi regimi di flusso differenti. Il flusso mul-tifase è stato ed è tuttora oggetto di studi specialistici.La fig. 19 riporta i diversi regimi per un flusso bifase gase liquido, dove sull’asse delle ascisse è riportata la velo-cità in corrispondenza alla superficie della fase gassosae sull’asse delle ordinate quella della fase liquida. L’e-stremità inferiore sinistra corrisponde al trasporto a bassavelocità di entrambe le fasi; l’estremità inferiore destracorrisponde a un gas che si muove velocemente o in gran-de quantità e a un liquido che si muove molto lentamenteo in piccola quantità. Le figure all’interno del graficomostrano una breve sezione della condotta e del regimedi flusso instauratosi.

Per comprendere meglio i diversi regimi presenti nelcaso di un trasporto bifase è sufficiente fare riferimento

a esempi di flusso bifase che osserviamo molto spesso,per esempio l’acqua che scorre lentamente attraverso ilcollo di una bottiglia. In questo caso, l’acqua rappresentala fase liquida e l’aria quella gassosa; il peso specificodell’acqua è circa ottocento volte più grande di quellodell’aria e il flusso è stratificato perché, essendo entram-be le velocità basse in corrispondenza della superficiedelle due fasi, il fluido più pesante, l’acqua, va a occu-pare la parte bassa del collo della bottiglia e il fluido piùleggero, l’aria, la parte alta (v. ancora fig. 19). Se la velo-cità superficiale del gas aumenta, il gas si muove piùvelocemente del liquido. Ciò accade quando il vento sof-fia sopra la superficie del mare: a meno che la velocitàrelativa sia molto piccola, si formano delle onde sullasuperficie e il flusso stratificato diventa anche ondula-to. Quando la velocità del gas aumenta ulteriormente,l’effetto può essere paragonato a un vento molto forteche soffia sopra la superficie del mare: il vento intrap-pola acqua e la nebulizza. Questo è un regime misto incui la fase gassosa è continua e il liquido è trasportatosotto forma di gocce: se la quantità di liquido aumenta,la parete del tubo può venire coperta completamente dalliquido trasportato lungo la condotta dal gas e si ha unflusso misto anulare. Un altro caso importante si verifi-ca quando la velocità superficiale del liquido è alta equella del gas è bassa. Il gas forma delle bolle separatein un flusso liquido continuo. Le bolle tendono a muo-versi lungo la parte superiore del tubo, poiché sono piùleggere del liquido.

L’ultimo caso da considerare è rappresentato da un flus-so che inizia come un flusso stratificato ondulato; quandoperò le velocità superficiali aumentano e le onde cresco-no in altezza fintanto che non riempiono completamente



pompe

volumetriche

alternative

a pistonea stantuffo

a semplice effettoa doppio effetto

a un solo corpoa doppio corpoa triplo corpo

a corpi multipli

a diaframma

a un solo corpoa corpi multipli

a cammea ingranaggi

a vitea palette

a flussoradiale

a flussomisto

a flussoassiale

aspirazionesingola

aspirazione singolae doppia



autoadescante enon autoadescante

a gettoelettromagnetiche

ecc.

rotative centrifughe speciali

cinetiche

fig. 18. Classificazionedelle pompe.

la sezione trasversale della condotta, il flusso diventa unflusso intermittente (slug flow) in cui, lungo la condotta,sono presenti sacche liquide (slug) intervallate da tratti gas-sosi. I flussi intermittenti possono essere molto pericolosipoiché il processo di trattamento all’estremità d’arrivo delflusso deve essere in grado di gestire l’arrivo irregolare divolumi elevati di liquido con poco gas e di volumi elevatidi gas con poco liquido. L’esistenza di flussi intermittentirichiede generalmente la presenza di dispositivi particola-ri all’estremità del flusso prima della stazione d’arrivo.

Attualmente sono disponibili diversi modelli teoricisemiempirici, ovvero basati su equazioni i cui coeffi-cienti sono stati calibrati attraverso prove sperimentaliin scala ridotta e con prototipi di condotte che traspor-tano flussi bifase. L’analisi idraulica dei flussi multifaseè complicata da diversi fattori che hanno un’importan-za maggiore di quanto ne abbiano in quello dei flussi infase singola. Per esempio, le variazioni di quota hanno uneffetto piccolo nei flussi in fase singola, mentre nei flus-si stratificati hanno un effetto importante (con il fluidopiù denso sul fondo del tubo e il gas più leggero sopra illiquido). Il regime di flusso su un tratto di condotta indiscesa, con una pendenza di 2 m/km, può essere com-pletamente diverso dal flusso su un tratto di condotta insalita, con la stessa pendenza. Nel primo caso, la forza digravità tende ad agevolare il fluire del liquido e, quandole pompe alla stazione di pompaggio che spingono il flui-do vengono fermate, il liquido continua a fluire per uncerto periodo di tempo. Nel caso di un tratto di condottain salita, la gravità tende a rallentare il liquido e il liqui-do può essere trascinato in avanti solamente dalla forza ditrascinamento esercitata dal flusso di gas che fluisce piùvelocemente del liquido. Il liquido, che si muove più len-tamente, tende ad accumularsi e a formare slug che riem-piono l’intera sezione del tubo. La pressione dinamica chesi genera quando il gas è isolato dagli slug spinge violen-temente questi ultimi in avanti. Un’altra complicazione è

data dal fatto che, al variare della pressione e della tem-peratura, varia la composizione delle fasi. In condizioniin cui le variazioni di flusso avvengono molto rapida-mente, le diverse fasi presenti possono non raggiungerele condizioni d’equilibrio.

DispositiviQuando un flusso bifase arriva alla stazione di tratta-

mento, deve passare attraverso un separatore (chiamatoslug catcher; v. cap. 5.4), il quale deve avere un volumemaggiore di quello dello slug più grande che può formarsinella condotta durante il trasporto. Il separatore è proget-tato in maniera che il gas continui a fluire, mentre il liqui-do è intrappolato e drenato attraverso un opportuno siste-ma di scarico prima dell’arrivo dello slug successivo; altri-menti deve essere considerata una trappola più grande.

Generalmente sono impiegati due tipi di separatori:a recipiente e a tubo. I primi sono dei recipienti in pres-sione in grado di resistere alla stessa pressione della con-dotta; pertanto lo spessore della parete può essere moltogrande. Per questa ragione, spesso sono utilizzati i sepa-ratori a tubo, costituiti da piccoli e lunghi tubi con unapendenza negativa (ovvero opposta al verso del flusso),con un solo ingresso e due uscite: una per il gas e unaper il liquido. I separatori a tubo generalmente hanno uningombro maggiore di quelli a recipiente.

7.1.4 Materiali

Selezione

La scelta dei materiali per i tubi impiegati nel tra-sporto degli idrocarburi passa attraverso un processodecisionale che prevede diversi tipi di analisi.

Analisi della composizione chimica del prodotto trasportato

I requisiti che portano alla selezione del materialepiù adatto per il trasporto del prodotto specifico ven-gono definiti, in relazione ai parametri progettuali ipo-tizzabili al momento, fin dalle fasi preliminari di unprogetto. L’esperienza maturata negli ultimi due decen-ni, omogenei dal punto di vista dello sviluppo tecno-logico dei materiali, consente quindi di effettuare unaclassificazione delle condotte in base ai materiali uti-lizzati.

Acciai al carbonio. Gli acciai al carbonio sono impie-gati per il trasporto di gas trattato, di gas acidi e di olio.Per gli ultimi due sono state sviluppate specifiche per lecaratteristiche di reattività chimica, ma anche tecnichedi previsione della corrosione in modo da definire gliextraspessori di acciaio necessari per la vita operativaprevista alla pressione di esercizio indicata (Palmer eKing, 2004).



velocità superficiale del gas

bolle

intermittente anulare misto

fluttuante

stratificato misto

velo

cità

sup

erfi

cial

e de

l flu

ido

fig. 19. Regimi di flusso per sistemi bifase.

Acciai al carbonio ad alta resistenza. Gli acciai diquesto tipo sono ottenuti attraverso processi termomec-canici di laminazione e raffreddamento strettamente con-trollati. L’impiego di questi materiali nasce dall’esigen-za di riduzione dei costi di investimento associata allascelta degli spessori della parete della condotta, sia peril trasporto a pressioni di esercizio molto elevate, sia incondizioni di installazione molto gravose (condotte sufondali a elevata profondità).

Acciai speciali. Tali materiali (Inox, Duplex, SuperDuplex, 13% Cromo) sono impiegati per il trasporto diprodotti corrosivi (Corrosion Resistant Alloys, CRA,ovvero leghe resistenti alla corrosione) e in condizionidi esercizio particolarmente severe. In alcuni casi sonostati sviluppati specifici rivestimenti (cladded), e relati-ve tecnologie di fabbricazione e saldatura, ove si utiliz-za un acciaio resistente alla corrosione applicato, per pic-coli spessori, a contatto con il prodotto trasportato eaccoppiato internamente a un tubo in acciaio tradizio-nale, la cui parete viene dimensionata in funzione dellaresistenza meccanica richiesta dalle condizioni di eser-cizio e ambientali.

Tubi flessibili. Per il trasporto di fluidi particolar-mente aggressivi con tubi di piccolo diametro su brevidistanze, si ricorre spesso a tubi flessibili (fig. 20). Daun punto di vista strutturale, i tubi flessibili vengonocostruiti utilizzando una sequenza concentrica di foglimetallici e polimeri termoplastici applicati, dall’internoverso l’esterno del tubo, in funzione dello specifico uti-lizzo del prodotto finale e del prodotto trasportato. I tubiflessibili vengono quindi avvolti su tamburi per poi esse-re installati. Questo tipo di tubi costa circa 5 o 6 voltepiù di un normale tubo di acciaio, anche se tale costoviene parzialmente compensato da tempi e costi di instal-lazione ridotti, oltre che da una maggiore flessibilità ope-rativa. I mezzi generalmente utilizzati per l’installazio-ne di tubi flessibili risultano meno sofisticati, e quindimeno costosi, rispetto a quelli utilizzati per l’installa-zione di una condotta tradizionale. In alcuni casi, si pos-sono raggiungere velocità di installazione (500 m/h)impensabili nel caso di tubi rigidi, aspetto sicuramentenon trascurabile se si pensa che nella maggior parte deiprogetti esecutivi i costi legati all’installazione della con-dotta sono paragonabili a quelli derivanti dall’acquistodei materiali. A questo si aggiunge la possibilità di recu-perare la condotta per ispezione, manutenzione o ancheper un diverso futuro utilizzo. La progettazione e l’in-stallazione di tubi flessibili vengono in genere realizza-te diversamente rispetto al caso di una condotta tradi-zionale (Palmer e King, 2004), in quanto il produttore sioccupa del progetto di dettaglio del tubo ed è spessoresponsabile anche della sua installazione. Nel caso ditubi in acciaio, invece, il futuro operatore si occupa ingenere della fase progettuale e il produttore viene rara-mente coinvolto durante l’installazione.

Analisi dell’impiego della condotta La crescente richiesta di idrocarburi da parte del-

l’industria e la diffusa convinzione che l’utilizzo dellecondotte per il trasporto sia una soluzione economica, eallo stesso tempo strategica, hanno dato impulso a nuoviprogetti in cui gli ambienti attraversati sono sempre piùdifficili, spesso estremamente sensibili a eventuali inci-denti che comportino il rilascio del prodotto nell’am-biente. Tali scenari vengono resi ancor più critici in quan-to spesso caratterizzati da soluzioni complesse che richie-dono elevate condizioni di utilizzo dei materiali. A questosi aggiunge l’esigenza di minimizzare il quantitativo diacciaio e di interventi, e quindi i costi di investimento.

Gli attuali studi di mercato portano a ritenere di gran-de attualità sia il trasporto di gas ad alta pressione su lun-ghe distanze, sia l’attraversamento di bacini idrici carat-terizzati da profondità mai raggiunte (oltre i 2.000 m).L’industria si sta pertanto muovendo nella direzione disviluppare sia tecnologie e metodologie che consentanodi proporre il trasporto di gas a pressioni molto più ele-vate di quelle attualmente impiegate (�100 bar), peresempio 200 bar che sono uno standard nel trasporto sot-tomarino, sia di tecnologie che consentano la fabbrica-zione di condotte di alta qualità e con spessori elevatiper l’installazione su fondali molto profondi, per esem-pio, nel Mar Nero (più di 2.000 m) o nell’Oceano Atlan-tico (fino a 3.000 m).

Analisi dei processi di fabbricazione Negli ultimi anni, per la quantità di progetti in corso,

ma anche per la necessità di condotte ad alto diametro espessore con caratteristiche meccaniche e geometrichedefinite sulla base di specifiche molto restrittive, si è postaattenzione su quanto è ottenibile in termini di caratteri-stiche meccaniche e tolleranze geometriche in relazioneai criteri di progettazione e dimensionamento delle linee.Si è discusso in particolare: a) su quanto può essere otte-nuto a fronte di un processo di fabbricazione che preve-da (solitamente per diametri maggiori di 16-18 pollici) omeno (solitamente per diametri minori di 16-18 pollici)la saldatura longitudinale (v. oltre); b) sulle tolleranzegeometriche specificabili e ottenibili nei due casi; c) sullaomogeneità delle caratteristiche meccaniche all’internosia del singolo tubo, sia dei vari tubi prodotti; d) sullanecessità, nei due casi, del collaudo idraulico (v. par. 7.1.6)in fase di fabbricazione e sul conseguente condiziona-mento della distribuzione statistica delle caratteristichemeccaniche impiegate in fase di progettazione; e) sullaopportunità di impiego dei tubi saldati elicoidalmente incondizioni di esercizio tradizionale (riduzione dei costidi materiale) o per applicazioni speciali (per esempio, ilcasing esterno in tubi coibentati).

Particolare attenzione è stata inoltre dedicata ai pro-blemi associati al controllo della composizione chimi-ca e dei processi di realizzazione dei masselli/billette



nell’ottenimento di prodotti caratterizzati da prestazio-ni particolari (per esempio, per ridurre la caduta di resi-stenza meccanica alle alte temperature, caso reso parti-colarmente critico negli eventuali processi di fabbrica-zione successivi, che in generale possono produrre unacaduta di resistenza a temperature inferiori ai 100 °C).Notevole enfasi è stata posta anche sullo studio di quan-to il processo di fabbricazione possa influenzare la resi-stenza meccanica del tubo in condizioni particolari. Unesempio tipico, nel caso di condotte sottomarine a profon-dità elevate, viene fornito dalla tecnologia UOE (U press,O press and cold Expansion), solitamente impiegata perottenere tubi a grande diametro (20-30 pollici) ed ele-vato spessore (30-40 mm), dove non vengano previstitrattamenti termici successivi alla fase di espansione. Inparticolare, i livelli di deformazione circonferenziale rag-giunti durante la fase di espansione (circa 1-2%) com-portano, per l’effetto Bauschinger, una perdita di resi-stenza circonferenziale alla compressione tale da pre-giudicare la resistenza al collasso a pressione esterna.

Analisi dei modi di rottura imputabilial materiale

L’attenzione imposta dalla società civile alle conse-guenze degli incidenti industriali ha generato l’esigenzadi analizzare le principali cause che possono portare alla

rottura di una condotta e, in particolare, i termini di sicu-rezza in funzione di una scelta appropriata e specificadei materiali. In particolare, si è potuto appurare fino ache punto incidono sulla statistica degli incidenti gli even-ti prodotti da:• interazione esterna con mezzi meccanici operanti in

prossimità della condotta (escavatrici in caso di con-dotte a terra e dispositivi per la pesca nel caso di con-dotte in mare);

• corrosione interna e corrosione esterna (per esem-pio, tra protezione catodica, danneggiamento dellaprotezione passiva e fattore di utilizzo, oppure in pre-senza di sinergie tra ambiente esterno, materiale efattore di utilizzo);

• difetti del materiale o difetti di saldatura (in realtàtali eventi sono diventati molto rari a seguito del-l’impiego di nuovi materiali, ovvero dell’impiegodelle moderne tecnologie di controllo non distrutti-vo delle saldature);

• condizioni ambientali estreme quali tempeste, nelcaso delle condotte sottomarine e, nel caso delle con-dotte a terra, terremoti o condizioni pluviometrichetali da innescare instabilità idrogeologiche e conse-guenti frane e cedimenti del terreno.Pertanto, in ragione dell’interazione della condot-

ta con ambienti sempre più congestionati dall’attività



guaina protettiva esterna

tubo flessibile con foro rugoso

riser flessibile con foro rugoso

tubo flessibile con foro liscio

rivestimento resistente allo sforzo longitudinale

rivestimento resistente allosforzo circolare

tubo termoplastico

carcassa



rivestimento resistente allosforzo circolare

tubo termoplastico



rivestimento resistente allo sforzo circolare

tubo termoplastico secondario

tubo termoplastico

carcassa

fig. 20. Tubi flessibili per il trasporto di fluidi ad alta pressione.

umana, e quindi con potenziali cause di interferenzaesterna, particolare attenzione è stata dedicata allo stu-dio dei modi di rottura in corrispondenza di difetti super-ficiali, ovvero di ammaccature con o senza difetti, alloscopo di definire quelle specifiche di resistenza e dut-tilità del materiale che consentano di affrontare al megliotali situazioni. È stata studiata approfonditamente lapropagazione della frattura duttile/fragile, in partico-lare per quelle applicazioni ove la perdita del prodottoe lo scoppio della condotta interagiscono pesantemen-te con l’ambiente esterno interessato, poiché determi-nano un’indisponibilità del prodotto, indispensabile allacomunità.

Analisi delle caratteristiche meccaniche del materiale prescelto

Al momento l’industria sta proponendo criteri di pro-gettazione basati su un approccio agli stati limite (v. par.7.1.5) in alternativa al tradizionale dimensionamentobasato sulla sollecitazione ammissibile; ciò viene messoin evidenza nelle recenti normative (Germanischer Lloyd,1995, e DNV, 2000, per le condotte sottomarine e CSA,2002, per le condotte a terra). In tale approccio si cercadi correlare il dimensionamento della condotta con i realimodi di rottura della stessa (il tutto espresso in una rela-zione – la cosiddetta funzione di stato limite – che legagli effetti del carico con la resistenza per il modo di rot-tura analizzato) e di associare gli effetti del carico e dellaresistenza a fattori parziali di sicurezza, che consentanodi rispettare un livello prefissato di sicurezza associatoalle conseguenze del superamento di quello stato limi-te. In questa analisi è molto importante poter stabilirecon una certa precisione quanto il materiale sia in gradodi resistere all’interno di un campo di variazione speci-fico e in relazione alla tecnologia di fabbricazione, maanche quanto la tecnologia di fabbricazione possa garan-tire in termini di tolleranze geometriche.

A titolo di esempio, gli standard DNV (2000) perle condotte sottomarine propongono fattori di utilizzocirconferenziali a pressione interna, diversif icati aseconda della disponibilità di informazioni sulle carat-teristiche meccaniche del materiale prescelto. Va anchesottolineato che gli sviluppi degli ultimi anni hannoprincipalmente riguardato le condotte sottomarine, perle quali sono spesso impliciti un trasporto ad alta pres-sione e grandi spessori in acciaio; un affinamento del-l’approccio progettuale poteva quindi effettivamentecomportare grosse implicazioni economiche. Di con-seguenza, gli stati limite investigati sono quelli tipicidell’applicazione sottomarina e gli effetti dei carichiimposti sono stati analizzati nel contesto degli spesso-ri elevati e dell’ambiente sottomarino. L’estensione allecondotte terrestri deve sicuramente passare attraversostudi specif ici, nei quali i loro spessori tipici e gliambienti attraversati possono determinare situazioni

del tutto nuove rispetto a quelle precedentemente affron-tate. In particolare l’utilizzo di nuovi materiali e diacciaio ad alta resistenza comporta implicazioni piut-tosto importanti nello sviluppo di un approccio aglistati limite, in relazione alla diversità della curva chelega la sollecitazione alla deformazione per impieghispinti del materiale e quindi alle sostanziali implica-zioni sull’attivazione dei modi di rottura. Per esempio,nel campo degli acciai per impieghi tradizionali oppu-re nel campo degli acciai ad alta resistenza, viene postagrande attenzione al rapporto tra la sollecitazione disnervamento e la sollecitazione a rottura, al punto cheattualmente alcune linee guida di progetto limitanol’applicazione dei criteri proposti a materiali per i qualitale rapporto non supera determinati valori (0,85 nellenormative olandesi ed europee, 0,80 nelle normativetedesche).

Analisi delle problematiche connesse con i collaudi Quanto sopra porta a riconsiderare sia la scelta e la

caratterizzazione del materiale in relazione al proces-so di fabbricazione, sia la progettazione e il dimensio-namento sulla base di criteri che consentano di garan-tire un adeguato livello di sicurezza, sia infine la costru-zione e i successivi collaudi atti a garantire un’ adeguataqualità del prodotto. D’altro canto, a fronte dell’esi-genza di ridurre i costi imposti dal collaudo, anche inrelazione alla sua efficacia spesso non dimostrabile,l’industria sta affrontando da un lato il problema di unamigliore qualificazione della resistenza dei materiali edei prodotti, dall’altro quello delle modalità di provadei manufatti, tradizionalmente eseguita su tutte le con-dotte. In particolare, si sta cercando di quantificarecome il collaudo possa condizionare la progettazionee in particolare i processi impiegati per qualificare l’in-tegrità strutturale di una condotta. In sintesi, il collau-do consente di troncare la distribuzione statistica dellaresistenza caratteristica, in quanto il superamento delcollaudo consentirebbe di affermare che comunque,fino al livello previsto nel collaudo, la condotta ha resi-stito. Ma è anche evidente che l’introduzione di nuovimateriali impone una certa attenzione su questo tema,che va al di là di quanto potrebbe essere pensato sullabase delle esperienze avute sui materiali e sulle appli-cazioni tradizionali.

Materiali tradizionali

Nella maggior parte dei paesi del mondo le specifichedei materiali utilizzati per la costruzione di condotte peril trasporto di idrocarburi fanno riferimento alle specifi-che API 5L (American Petroleum Institute; Palmer e King,2004). Nella sua formulazione originale, la specifica API5L identificava il grado di un acciaio, cioè la sua resistenzameccanica, attraverso il suo carico di snervamento, per



esempio X52 o X60, dove il numero identificava il cari-co di snervamento del materiale espresso in migliaia dilibbre per pollice quadrato (kpsi). In pratica, la siglaX52 identifica un materiale con carico di snervamentodi 52.000 libbre per pollice quadrato, pari a 358 MPa.La revisione più recente della normativa API 5L si èadeguata agli standard ISO adottando le unità di misu-ra del Sistema Internazionale, anche se in realtà è anco-ra di uso corrente utilizzare la vecchia nomenclatura.Nonostante la prima versione dell’API 5L risalga al1920, tale documento venne adottato come specifica diriferimento solo a partire dal 1948. In quel periodo, ilmateriale con grado più elevato incluso nella specificaera un X42, mentre attualmente la normativa includeacciai fino al grado X80. Nel 1999 l’API 5L è stata con-vertita nella specifica internazionale ISO 3183, cheriguarda la scelta e l’utilizzo dei materiali per la costru-zione di condotte con e senza saldatura longitudinale etubi a spirale.

L’evoluzione nel tempo dell’API 5L verso materia-li di grado sempre più elevato segue di pari passo lo svi-luppo tecnologico dei processi metallurgici e termo-meccanici finalizzati al miglioramento delle prestazio-ni dei materiali. All’inizio della seconda metà del 20°secolo, i tubi per il trasporto degli idrocarburi erano pro-dotti mediante i processi UOE e SAW (Submerged ArcWeld) a partire da lamiere, in acciaio basso-legato, lami-nate a caldo e poi sottoposte a un trattamento termicodi normalizzazione. La microstruttura ottenuta era costi-tuita da ferrite poligonale e perlite, spesso disposta abande. Le caratteristiche meccaniche ottenibili poteva-no raggiungere il grado API X60 e la tenacità a bassatemperatura non era sempre soddisfacente. Le crescen-ti richieste dei mercati hanno generato nel tempo l’esi-genza di investigare sulla possibilità di aumentare laresistenza meccanica senza aumentare il contenuto dielementi leganti, al fine di evitare effetti negativi sullatenacità, la saldabilità e sui costi in generale. A tali requi-siti si aggiungeva, considerando anche la specificità deiprodotti trasportati, la necessità di garantire un’ottimaresistenza all’attacco da idrogeno (danneggiamento daidrogeno). Una certa quantità di atomi di idrogeno puòinfatti essere presente nel fluido all’interno delle tuba-zioni (ambiente acido), ma anche derivare da reazionichimiche nell’ambiente esterno alla tubazione o da erro-ri di progettazione nella protezione catodica delle tuba-zioni interrate o sottomarine (sovraprotezione catodi-ca). Tale idrogeno atomico si trasforma in idrogeno mole-colare all’interno delle microporosità del materiale, inparticolare in prossimità delle inclusioni di solfuro dimanganese. La trasformazione in idrogeno molecolarenegli spazi intergranulari genera elevate sovrapressioniinterstiziali che portano il materiale a fessurarsi in manie-ra tale da pregiudicarne le prestazioni meccaniche (Nico-demi, 1986).

Risulta quindi facile intuire come, a fronte di tuttequeste esigenze, si sia reso necessario mettere a puntoun processo tecnologico che accoppiasse a un’accuratacomposizione chimica una particolare procedura di lami-nazione. L’obiettivo principale era realizzare acciai abasso tenore di carbonio con microstruttura mista fer-ritica-bainitica, o addirittura completamente bainitica,che consentissero di ovviare al problema del danneg-giamento da idrogeno. In questo ultimo caso è risulta-to indispensabile abbattere il tenore di zolfo fino a livel-li molto bassi, per eliminare possibili inneschi causatidalla formazione di solfuri di manganese, estremamen-te deformabili, per controllare la forma delle inclusio-ni tramite l’utilizzo di trattamenti al calcio (CAB), zir-conio o terre rare e per diminuire il tenore di carbonioe di manganese.

Successivamente, l’introduzione del processo dilaminazione termomeccanica e raffreddamento acce-lerato (TMCP, Thermo-Mechanical Control Process)ha facilitato la produzione di acciai ferritico-bainitici,senza richiedere consistenti aggiunte di elementi legan-ti, con effetti vantaggiosi sia sui costi sia sulla salda-bilità. Alla fine del ciclo di produzione si ottiene unamicrostruttura mista ferritica-bainitica, o totalmentebainitica, con caratteristiche microstrutturali variabili(bande di dislocazioni all’interno dei grani di ferrite,substrutture, precipitati) a seconda della composizio-ne chimica e dei parametri di TMCP adottati. L’effica-cia del processo di TMCP dipende dall’accurata sceltadegli elementi microleganti in relazione alle variabililegate al processo di laminazione e dalla significativariduzione del fenomeno della segregazione centrale.Dal momento che gli acciai prodotti con processo TMCPrichiedono un contenuto di elementi leganti minore, oal più pari a quello degli acciai da laminazione termo-meccanica della prima generazione, soprattutto perquanto riguarda il tenore di carbonio, presentano valo-ri di carbonio equivalente (CE�0,42%) tali da garan-tire una buona saldabilità e valori accettabili di durez-za nella zona termicamente alterata (HAZ, Heat Affec-ted Zones) nelle saldature circonferenziali.

Lo sviluppo degli acciai a elevate caratteristichemeccaniche (grado API X70, X80 e X100) per la rea-lizzazione di condotte ha subito quindi una notevoleaccelerazione a partire dagli anni Settanta con l’intro-duzione del processo di laminazione in controllo e diraffreddamento accelerato in linea. Numerosi produt-tori hanno svolto un’intensa attività di ricerca sulla pro-gettazione di un’adeguata composizione chimica che,accoppiata alla definizione delle variabili di processodi laminazione in controllo, consentisse di produrre tubiin acciaio a basso tenore di carbonio (�0,07-0,09%)con tre requisiti fondamentali: caratteristiche mecca-niche elevate, fondamentali al fine di sopportare gli altilivelli di sollecitazione imposti, soprattutto nel caso di



condotte per il trasporto a pressioni molte elevate; otti-mi livelli di tenacità a bassa temperatura, proprietà indi-spensabile al controllo della propagazione della frattu-ra fragile; buona saldabilità in campo. Tubi in acciaiodi grado API X70 rappresentano oggi un prodotto con-solidato di cui sono disponibili criteri di qualificazio-ne e messa in opera: sul territorio europeo sono notenumerose realizzazioni in questo tipo di acciaio. Laproduzione di acciai da tubo di grado API X80 ha subi-to una sensibile accelerazione a partire dal 1980. A taleproposito esistono alcune pubblicazioni che riportano irisultati conseguiti nella messa a punto di prodotti speri-mentali (Dillinger Huttenwerke SG, Hoesch, SumitomoMetal Industries, Nippon Steel Corporation, Stelco,ILVA ILP) e nella realizzazione delle prime condottedi trasporto con questo materiale.

I requisiti degli acciai a elevata resistenza sono spe-cificati in diverse normative esistenti fino al grado diX80. Non esistono attualmente indicazioni relative algrado API X100 e quindi i relativi requisiti sul mate-riale per le condotte in tale tipo di acciaio dovrebberoessere concordati col produttore in fase di definizionedel prodotto. Benché tubi in acciaio di grado API X100non siano ancora commercialmente disponibili, nume-rosi produttori di livello internazionale (Nippon Steel,NKK, Kawasaki, Europipe) hanno realizzato produ-zioni sperimentali di condotte, con caratteristiche chesembrano soddisfare i requisiti per il trasporto di gasnaturale ad alta pressione. La produzione di tubi inacciaio di grado API X100 è un’evoluzione del gradoAPI X80: le caratteristiche di resistenza meccanica delgrado API X100 sono ottenute a partire dalla compo-sizione chimica del grado X80, con aggiunte mirate dielementi microleganti (manganese, niobio, titanio) eattraverso un processo di laminazione in controllo e raf-freddamento accelerato in linea al limite superiore dellepotenzialità dei più moderni impianti di laminazione.Le velocità di raffreddamento accelerato impiegate nellaproduzione di lamiere di grado API X100 sono supe-riori ai 20-25 °C/s, da confrontare con i 15 °C/s carat-teristici della produzione dell’API X80 e con i 5-10°C/s tipici dei gradi medio-bassi. I tubi prodotti su scalasperimentale presentano caratteristiche meccaniche inlinea con il grado API X100, determinate su provettecilindriche a causa dell’elevato effetto Bauschinger. Ivalori di tenacità del materiale base appaiono soddi-sfacenti, sia dal punto di vista dell’energia CharpyV(200-300 J) sia da quello della transizione duttile/fragi-le. Si ritiene che un valore di energia CharpyV di 300 Jcostituisca un limite superiore per gli acciai da lami-nazione termomeccanica. Sulla base delle produzionisperimentali di tubi in acciaio di grado API X100 è pos-sibile assumere che questi possano essere prodotti conuna composizione chimica che soddisfa il requisito dicarbonio equivalente massimo pari a 0,45%.

Il processo di laminazione adottato (temperature difine laminazione e fine raffreddamento molto basse) fasì che i tubi in acciaio di grado API X100 presentino valo-ri molto elevati del rapporto snervamento/rottura (>0,90).

Le saldature

La realizzazione dei gasdotti e degli oleodotti passaattraverso la saldatura dei singoli tubi, all’incirca lunghi12 m, che costituiscono la condotta, realizzata saldandoi tubi uno dopo l’altro e avanzando progressivamentelungo la rotta designata in fase di progetto (fig. 21). Oggila tecnologia mette a disposizione numerose tecniche disaldatura, pertanto occorre effettuare una scelta per indi-viduare quella più idonea: i parametri che guidano talescelta generalmente sono il diametro e lo spessore deltubo, ma anche le caratteristiche del luogo stabilito perla sua posa e le condizioni operative. La velocità di avan-zamento durante la posa è cadenzata dall’esecuzionedella saldatura circonferenziale tra un tubo e quello suc-cessivo; di conseguenza, maggiori sono i tempi richie-sti per eseguire tale saldatura, più lungo sarà il temponecessario per completare la condotta. Per tali ragioni laricerca tecnologica tende a sviluppare nuovi metodi disaldatura che consentano di incrementare la velocità diinstallazione e di diminuire i costi complessivi di rea-lizzazione dei progetti.

Classificazione delle saldatureLa saldatura è utilizzata per unire i lembi di corpi

distinti che alla fine del processo diventano parte inte-grante di un’unica struttura. Esistono numerose tecni-che di saldatura, ma quelle più frequentemente impie-gate nel campo delle condotte sono le saldature ad arco.La caratteristica comune a questa tipologia di tecnicheè che i due lembi vengono uniti portando il materiale cheli costituisce a fusione, mediante riscaldamento fino auna adeguata temperatura. Il calore necessario a talescopo viene generato facendo scoccare un arco elettricotra il materiale base dei due lembi e un elettrodo. A secon-da della tecnica di saldatura impiegata, l’elettrodo puòfungere da materiale di apporto, dato che fondendo fini-sce nel bagno di fusione oppure l’apporto viene intro-dotto separatamente sotto forma di fili. Talvolta, comun-que, il processo può essere tale da non richiedere l’in-troduzione nel bagno di un materiale di apporto. Un altroaspetto fondamentale del processo di saldatura è la neces-sità di proteggere il materiale fuso dai gas presenti nel-l’aria, per esempio l’ossigeno e l’azoto, dannosi per lecaratteristiche meccaniche del giunto.

Nella tecnologia le saldature vengono spesso classi-ficate in base ad acronimi: di seguito sono riportati i piùfrequenti.

SMAW (Shielded Metal Arc Welding). La saldaturaad arco con elettrodi rivestiti è tra le prime a essere stata



impiegata nel campo delle saldature e viene eseguitamanualmente. Essa prevede l’impiego di elettrodi sottoforma di bacchette metalliche rivestite da un materiale abase di cellulosa. Durante il processo di saldatura la decom-posizione dell’elettrodo da una parte genera una grandequantità di gas che va a proteggere la zona interessata dalprocesso, e dall’altra provoca anche la fusione del mate-riale metallico della bacchetta che finisce nel bagno.

SAW (Submerged Arc Welding). La saldatura ad arcosommerso viene in genere utilizzata per la saldatura lon-gitudinale dei tubi ottenuti piegando una lastra di acciaiofino a farle assumere la forma circolare, facendone com-baciare i due lembi. In questo caso l’elettrodo, non rive-stito, costituisce anche il materiale di apporto; la prote-zione dell’arco e del bagno di fusione è affidata a unacoltre di materiale granuloso che ricopre il giunto sepa-randolo dall’aria. Questo procedimento è completamenteautomatizzato.

GMAW (Gas Metal Arc Welding). Nella saldatura adarco a filo continuo in atmosfera protettiva, l’arco scoc-ca tra un filo metallico avvolto su un rocchetto e il mate-riale base. La protezione del bagno di fusione è affida-ta a una miscela di gas introdotta esternamente che va ainvestire con continuità la zona interessata. La sequen-za delle diverse operazioni è stata accorpata in un unicodispositivo chiamato torcia, consentendo di dare al pro-cesso una notevole flessibilità di impiego senza la neces-sità di ripetute interruzioni per il rinnovo del materialedi apporto.

GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Nella saldaturaad arco con elettrodo di tungsteno il calore necessario aportare a fusione il materiale viene prodotto da un elet-trodo di tungsteno che grazie alla sua elevata tempera-tura di fusione non si consuma durante il processo di sal-datura. La protezione del bagno è affidata a una misce-la di gas, mentre l’eventuale materiale di apporto puòessere introdotto esternamente.

Il processo di saldaturaI tubi impiegati nella costruzione delle condotte hanno

spessori che difficilmente consentono di realizzare la sal-datura in un’unica passata; pertanto è necessario effettuareuna serie di passate fino a ottenere la completa giunzio-ne lungo tutto lo spessore. Prima della saldatura le dueestremità dei tubi da unire devono essere preparate. Taleoperazione prevede la pulizia da tutte le impurità o dairesidui di lavorazioni precedenti e la successiva ispezio-ne per verificare l’eventuale presenza di difetti. A questopunto le due estremità subiscono una lavorazione mecca-nica, detta cianfrinatura, che consiste nell’asportazione dimateriale lungo tutta la circonferenza del tubo affinché lospessore assuma una sagoma appropriata. Si noti che l’an-golo di inclinazione del cianfrino dipende dal tipo di pro-cesso impiegato, e in particolare dallo spessore dell’elet-trodo utilizzato durante la saldatura. Infatti, poiché la fusio-ne deve poter arrivare fino alla base del cianfrino, per lesaldature manuali eseguite con elettrodi rivestiti si adottaun angolo di circa 30°, mentre l’angolo si riduce fino a20°, o persino a 10° circa se la saldatura è di tipo semiau-tomatico o automatico, in cui l’elettrodo è un filo di solipochi millimetri di spessore. Tale geometria risulta idea-le per garantire la completa penetrazione del bagno difusione fino alla superficie interna dei tubi; per contro,maggiore è l’angolo di apertura del cianfrino, maggioresarà la quantità di materiale che occorre depositare, conrelative conseguenze in termini di tempi e di costi.

Dopo la cianfrinatura i due tubi devono essere avvi-cinati l’uno all’altro e allineati. Questa operazione vieneeseguita con l’ausilio di attrezzature di accoppiamentoche, a seconda delle dimensioni dei tubi, possono esse-re interne o esterne. I valori tipici degli scostamenti mas-simi ammessi nell’allineamento dei tubi non possonoessere superiori a un millimetro.

Prima di esssere saldati, i due lembi vengono preri-scaldati in maniera tale da evitare che il primo cordone



fig. 21. Accoppiamento tramite mandrino interno tra due tubi prima della fase di saldatura (per cortesia di R. Bruschi).

depositato si raffreddi troppo velocemente, altrimentipotrebbe danneggiarsi. Il preriscaldamento, da questopunto di vista, lascia a disposizione dell’operatore unarco di tempo maggiore durante il quale eseguire le pas-sate successive alla prima. Infine il preriscaldamentoasciuga i due lembi evitando la formazione di idrogenodurante la saldatura che, come già detto, può causare larottura a freddo del giunto. La realizzazione della primapassata di saldatura è la fase più critica del processo.Convenzionalmente essa viene eseguita partendo dallaparte superiore del tubo per terminare nel punto più basso,con due saldatori che lavorano contemporaneamente.Nel caso di saldatura semiautomatica su tubi di grandediametro si possono utilizzare tre o anche quattro torceche lavorano contemporaneamente lungo la circonfe-renza, riducendo così drasticamente i tempi richiesti perla realizzazione del giunto. La seconda passata deve esse-re eseguita appena possibile, poiché ogni movimentoincontrollato dei due tubi, seppur minimo, potrebbe sol-lecitare il piccolo cordone appena saldato e portarlo arottura. Il processo termina con l’esecuzione delle sal-dature di riempimento che andranno a colmare comple-tamente lo spazio che separa i due lembi dei tubi. Perfare questo occorre imporre alla torcia un movimentooscillatorio, spostandola da un lato all’altro del giunto,e pulire il cordone appena saldato dalla scoria che siforma a mano a mano che si procede. L’ultima passata èquella che va a generare il cosiddetto cappello della sal-datura, che ha uno spessore tale da superare la superfi-cie esterna del tubo di qualche millimetro.

Metallurgia della saldaturaDurante la saldatura l’arco elettrico provoca la fusio-

ne del metallo base che in tal maniera va a giuntare i duelembi da unire. In questa zona le temperature sono moltoalte (circa 1.600 °C), mentre la parte di tubo adiacentesi trova a una temperatura decisamente inferiore. Que-sta variazione di temperatura così repentina provoca laformazione di diversi componenti metallurgici in unazona limitata in prossimità della saldatura: la HAZ. Inparticolare in quei punti dove il calore è stato sufficien-temente elevato da consentire al metallo base di cristal-lizzare, i grani della matrice metallica subiscono unamodifica, generando grani più fini, a vantaggio dellecarattersitiche meccaniche del materiale; al contrario,laddove il calore non è stato così elevato, i grani dellamatrice metallica si ingrossano, dando luogo a un nettopeggioramento delle caratteristiche meccaniche del mate-riale. Questa zona risulta essere particolarmente sensi-bile alla corrosione e caratterizzata da una scarsa tena-cità. Le sue dimensioni dipendono dallo spessore deltubo, dal preriscaldamento effettuato e dalla quantità dimateriale depositato durante la saldatura, proporziona-le alla quantità di calore che si sviluppa durante il pro-cesso (Lancaster, 1993).

Un altro problema che interessa le saldature è da asso-ciare alla porosità che si genera se le molecole di gasdisciolte all’interno del cordone appena depositato virimangono intrappolate. Infatti, mentre il metallo è anco-ra allo stato fuso, i gas possono disciogliersi nella faseliquida ma anche fuoriuscirne, mentre quando esso soli-difica difficilmente tali gas potranno uscire dalla fasesolida. Questo problema non va sottovalutato, poichécirca la metà dei cedimenti delle saldature è da associa-re a fenomeni di porosità. L’idrogeno è sicuramente ilgas più pericoloso da questo punto di vista, poiché la suaelevata solubilità nel bagno di fusione può consentirglidi penetrare fino alla HAZ e dar luogo a sollecitazioniin una zona resa fragile dalla sua microstruttura termi-camente alterata. Infine, particolare attenzione deve esse-re rivolta alla saldatura degli acciai con alto tenore dizolfo. Questi metalli, infatti, possono dar luogo a pro-duzione di solfuri i quali, al termine della saldatura, soli-dificano per ultimi rimanendo al centro dei grani delmetallo. Questi composti a base di zolfo sono molto piùdeboli del metallo base e pertanto contribuiscono a ridur-re la resistenza meccanica del giunto.

Definizione di saldabilitàCon il termine saldabilità si indica la facilità con cui

il metallo può essere saldato in maniera da soddisfare glistandard di qualità attesi dalla saldatura. Gli acciai conbasso tenore di carbonio, per esempio, hanno una buonasaldabilità mentre gli acciai inossidabili hanno una sal-dabilità decisamente inferiore. Il contenuto di carboniodegli acciai è uno dei parametri tipicamente utilizzati perclassificare questa caratteristica; essa dipende, però,anche dal contenuto di elementi microleganti che si tro-vano dispersi nella matrice metallica. Pertanto, per defi-nire univocamente la saldabilità del metallo in esame, siricorre a una quantità di carbonio fittizia chiamata Car-bonio Equivalente (CE). Le formule usate per calcolareil CE si basano tutte sullo stesso principio: al contenutoin percentuale di carbonio si aggiungono le quantità deglialtri leganti in base a un peso diverso a seconda del tipodi legante. Più è elevato il valore del CE, minore è la sal-dabilità del materiale.

Tecniche di ispezione delle saldatureTutte le saldature delle condotte messe in esercizio ad

alta pressione sono sottoposte a diversi tipi d’ispezione,al fine di assicurare che il risultato ottenuto nel processodi saldatura rispetti gli standard richiesti. La tipologia piùcomune tra le tecniche d’ispezione è la radiografia. Alcu-ne attrezzature portatili sono state sviluppate in manieratale che, una volta terminata la saldatura, si installano sultubo e fotografano ai raggi X il cordone di saldatura: even-tuali difetti presenti su di esso sono facilmente identifi-cabili nelle immagini registrate su pellicola. Questa tec-nica è molto veloce e permette di ottenere buoni risultati



in termini di affidabilità nella rilevazione dei difetti; percontro, richiede grandi quantità di energia per il suo fun-zionamento e gli operatori devono essere protetti accu-ratamente dalla sorgente delle radiazioni.

Un’altra tecnica, il cui utilizzo ha visto negli ultimianni un netto incremento, è l’esame agli ultrasuoni. Essasi basa sulla propagazione di un’onda ultrasonora attra-verso lo spessore del tubo, che viene riflessa quando nelsuo cammino incontra una brusca variazione di densitàcome, per esempio, la superficie interna del tubo oppu-re un difetto. Il vantaggio di questa tecnica consiste nelfatto che essa fornisce informazioni sulle tre dimensio-ni del difetto, definendone sia la completa geometria, sial’orientamento all’interno della saldatura. La radiogra-fia, invece, permette di avere solo una visione bidimen-sionale del difetto, ma risulta sicuramente più accuratarispetto alla tecnica agli ultrasuoni. Molto efficace perl’individuazione di difetti superficiali è la tecnica di ispe-zione con polveri di materiale ferromagnetico. Questepolveri, miscelate in un liquido, vengono cosparse sullasuperficie esterna della saldatura, successivamente immer-sa in un campo magnetico. In condizioni normali le par-ticelle tendono a posizionarsi secondo le linee di flussodel campo magnetico, mentre le eventuali discontinuitàpresenti sulla superficie, cioè i difetti, provocano dellediscontinuità nel campo magnetico, rese visibili dall’o-rientamento assunto dalle particelle di ferro.

Un’altra tecnica impiegata sia sui materiali magne-tici sia su quelli amagnetici è quella che utilizza i fluidipenetranti. Questi fluidi sono generalmente fluorescen-ti, in modo da essere ben visibili con una luce ultravio-letta. Essi vengono cosparsi sulla superficie della salda-tura e lasciati penetrare per capillarità negli eventualidifetti presenti. La superficie quindi viene pulita e cospar-sa con una polvere assorbente che richiama il liquidopenetrato nei difetti, rendendone visibile la posizione.Questa tecnica è di facile applicazione e utilizzabile inqualsiasi luogo avvenga l’ispezione; è sicuramente eco-nomica, ma richiede tempi abbastanza lunghi.

Una volta individuata la presenza dei difetti, si puòdecidere di lasciarli oppure di rimuoverli mediante lariparazione della saldatura. I criteri adottati a tale scoposono di due tipi: i primi definiscono dei limiti di accet-tabilità del grado dei difetti, sulla base di quelli che ci siattende di trovare su una saldatura eseguita correttamenteda un buon saldatore. Questi criteri sono puramente empi-rici e vengono individuati dall’acronimo WMS (Work-Manship Standard). Il secondo tipo di criteri di accetta-bilità si basa sulla meccanica della frattura, che consen-te di stabilire se una struttura contenente un difetto possaancora operare in sicurezza o meno. Ogni riparazioneapportata alle saldature impone tempi lunghi e quindielevati costi di realizzazione, ma soprattutto non è pos-sibile garantire che il risultato della riparazione sia miglio-re della saldatura difettata iniziale.

7.1.5 Resistenza meccanica

Una condotta è costituita da diversi componenti: a) untubo di acciaio atto a resistere a tutte le sollecitazionimeccaniche cui la condotta è sottoposta; b) un sistemadi protezione anticorrosione costituito normalmente dauna guaina in asfalto, polietilene, polipropilene o resineepossidiche (protezione passiva) e da anodi sacrificaliin zinco o alluminio (protezione catodica); c) un rivesti-mento interno generalmente in resine epossidiche cheha il compito di ridurre l’attrito tra il fluido trasportatoe la parete di acciaio; d) il rivestimento esterno in cemen-to (armato di una rete metallica) avente lo scopo di for-nire alla condotta il peso necessario per la sua stabilitànel letto di posa, oltre che una protezione meccanica con-tro interferenze esterne.

Il primo obiettivo del progettista è di definire qual èil diametro della tubazione necessario per trasportare unadeterminata portata nell’unità di tempo (quantità) di pro-dotto (principalmente olio o gas o una miscela dei due)da un luogo a un altro. Durante questa fase, consideran-do diversi parametri ingegneristici, quali per esempio leperdite di carico lungo la condotta, viene definita anchela pressione interna necessaria per il trasporto. Una voltadefiniti il diametro e la pressione interna, è necessariostabilire il tipo di materiale da usare, che dipende prin-cipalmente dal fluido trasportato (gas o liquido, corro-sivo o meno, ecc.). È quindi necessario definire qual èla resistenza meccanica richiesta al tubo in funzione deicarichi applicati. Una tubazione per il trasporto di pro-dotti petroliferi, quali olio e gas naturale, deve esseresufficientemente resistente da sopportare le sollecita-zioni dovute ai carichi che saranno applicati sia in fasedi costruzione sia durante la vita operativa (Bruschi etal., 1982a).

Durante la costruzione, in funzione del metodo adot-tato, il tubo sarà soggetto a carichi flessionali, assiali etorsionali (questi ultimi generalmente trascurabili rispet-to ai primi due). Questi carichi sono rilevanti sia per itubi a terra sia per quelli a mare. Nel caso delle tubazionisottomarine un altro carico di costruzione è la pressio-ne idrostatica dovuta alla colonna d’acqua corrispon-dente al sito prescelto: in funzione della profondità delsito marino la pressione esterna può arrivare anche avalori molto elevati (Torselletti et al., 2003b). Una primadistinzione tra tubazioni a terra e sottomarine, dal puntodi vista dei carichi esterni applicati durante la fase dicostruzione, è sostanzialmente legata al valore di questiultimi, che generalmente sono molto più elevati per letubazioni a mare. D’altra parte, le tubazioni a terra, nelcaso di attraversamenti di terreni particolarmente sco-scesi, allo scopo di adattare il tubo al profilo del suolo,vengono costruite curve in campo applicando elevatedeformazioni plastiche flessionali a freddo (Bruschi etal., 1995).



Durante la fase operativa il tubo è caricato con l’a-zione dovuta alla pressione interna e con forze assialidovute a una impedita dilatazione termica, entrambe lega-te al trasporto del fluido interno (gas od olio). Altri cri-teri di progetto, che considerano gli altri carichi presen-ti sulla condotta quali il peso proprio, i carichi termici,da traffico, da movimenti del terreno, da vento, da onda,da interferenze esterne, ecc., generalmente hanno pocainfluenza sulla scelta dello spessore della parete, ma inter-vengono sulle misure atte a mitigare gli effetti di questecondizioni di carico di solito considerate secondarie,salvo casi eccezionali. Tra questi casi, sono degne di notale verifiche che sono peculiari delle condotte sottoma-rine, ove la pressione esterna o la condizione di instal-lazione possono modificare un dimensionamento dellaparete di acciaio basato esclusivamente sul contenimen-to della pressione interna.

Dimensionamento alla pressione internaLo spessore della parete di acciaio di una condotta è

il fattore che ha maggior rilevanza nella capacità dellatubazione a sostenere i carichi imposti dalle condizionidi installazione e di esercizio. Dato che lo spessore diparete ha un impatto considerevole nei costi di realizza-zione, è molto importante avere un criterio di progettoottimale che bilanci requisiti di sicurezza e costi (Bru-schi et al., 1997). Il criterio di progetto tradizionale, codi-ficato in tutte le normative e pratiche industriali, è gene-ralmente basato sulla capacità richiesta alla condotta dicontenere la pressione interna in condizioni di esercizio.Considerando il carico della pressione interna, si richie-de che la sua sollecitazione sia minore della resistenzacaratteristica del materiale ridotta di un fattore di utiliz-zo, spesso chiamato genericamente fattore di sicurezza.È evidente come tale fattore d’uso intenda coprire le incer-tezze presenti sia sui carichi applicati sia sulla resisten-za del tubo. Le formule proposte dalle normative per cal-colare la tensione circonferenziale, sh, agente in una con-dotta con pressione interna Dp, hanno all’origine quelladi Mariotte per i tubi con parete sottile (cioè tubi aventirapporto diametro/spessore, D/t, maggiore di 10):

Dp�Dsapplicata�sh�

112

2t

ove i valori attribuiti al diametro D e allo spessore t dausare nel calcolo cambiano da normativa a normativa(fig. 22). Nel caso di tubi spessi (D/t<10) si deve ricor-rere a formule più sofisticate.

La tensione applicata deve essere confrontata con lacosiddetta sollecitazione ammissibile. La tensione ammis-sibile viene definita in funzione dei possibili modi di rot-tura o malfunzionamento che si vogliono evitare. Il meto-do degli ‘stati limite’nasce dalla analisi delle rotture chesi sono verificate nelle condotte esistenti o che si pos-sono sviluppare nei differenti scenari di progetto e nelle

diverse condizioni operative. Uno ‘stato limite’ costitui-sce il limite tra una condizione accettabile e una inac-cettabile, espresso da un legame funzionale tra i para-metri di resistenza della condotta e gli effetti dei carichi,per ciascun modo di rottura. La capacità di resistenza èin questo modo caratterizzata attraverso la sua resisten-za nei confronti di ciascun effettivo meccanismo di rot-tura (Bruschi et al., 1997). Le modalità di rottura o mal-funzionamento possono essere classificate secondo duecategorie.

SLS (Serviceability Limit State). Stato limite di ser-vizio che denota l’incapacità a svolgere la funzione richie-sta; come tale non comporta il rilascio del prodotto tra-sportato e generalmente richiede coefficienti di sicurez-za meno severi. Tipicamente sono SLS il raggiungimentodello snervamento, l’eccessiva ovalizzazione della sezio-ne del tubo, l’instabilità euleriana (quest’ultima purchénon causi rottura, scoppio o collasso, che implica la loroclassificazione come ULS).

ULS (Ultimate Limit State). Stato limite ultimo chedenota la rottura della parete e quindi il rilascio del pro-dotto; per questo motivo generalmente richiede fattoridi sicurezza più elevati. Gli ULS sono relativi alla capa-cità della tubazione di sopportare sia carichi di conteni-mento della pressione sia carichi secondari (rottura, col-lasso locale, fatica).

La tensione circonferenziale generata dalla pressio-ne interna, a mano a mano che la pressione aumenta, rag-giunge il cosiddetto limite elastico (tensione di snerva-mento), superato il quale si sviluppano deformazioni pla-stiche residue. Queste deformazioni plastiche sono talida accrescere il diametro della tubazione e conseguen-temente ridurre lo spessore della parete nonché aumen-tare la tensione applicata. Continuando ad aumentare lapressione interna, lo spessore della parete arriverà a unlivello per cui le sue capacità di resistenza non sarannopiù sufficienti e, quindi, questo porterà allo scoppio deltubo stesso. La sollecitazione ammissibile è legata allaresistenza caratteristica del materiale attraverso i coef-ficienti di sicurezza definiti sulla base di un preciso obiet-tivo di sicurezza.

Criterio di sicurezzaNel razionalizzare i criteri di progetto viene richie-

sta una definizione quantitativa del livello di sicurez-za che si vuole perseguire, per definire il quale sonostati introdotti i concetti di affidabilità strutturale e diprobabilità di rottura. Il livello di sicurezza richiesto èdefinito come la massima probabilità annuale che glieffetti dei carichi possano superare la capacità di resi-stenza della condotta, in relazione al modo di rotturainnescato nello scenario specifico e ai carichi agenti. Glienti certificatori, dovendo definire gli obiettivi di sicu-rezza in ambiti non tradizionali, solitamente svolgonouna serie di attività preliminari volte sia a confrontarsi



con quanto è già stato definito per ambiti assimilabili,sia a determinare il livello di sicurezza implicito nellenormative generalmente riconosciute, tenendo in debi-ta considerazione le misure di incertezza relative alperiodo in cui la normativa è stata emessa. La defini-zione finale della probabilità di rottura annuale è abi-tualmente volta ad assicurare un livello di rischio accet-tabile ove sono considerati sia il tipo di rottura sia leconseguenze che da esso derivano in termini di rischioper la salute e la sicurezza delle persone, danno all’am-biente, perdite economiche. Il rischio è dato dal pro-dotto tra la probabilità che si verifichi un evento e lesue conseguenze. Pertanto, riconosciuto un livello dirischio accettabile, è possibile identificare il livello disicurezza richiesto sulla base delle conseguenze asso-ciate a un eventuale incidente.

I parametri generalmente usati per valutare le con-seguenze di una rottura sono: a) la fase della vita dellacondotta (fase di costruzione, temporanea o di eserci-zio); b) il tipo di fluido trasportato; c) le caratteristichedella zona attraversata; d) il tipo di rottura. Altri para-metri, generalmente trascurati, che hanno un impattosulle conseguenze associabili a una rottura, sono il dia-metro e la pressione della condotta in esame. Questo èun problema che diventa rilevante quando si pensa diimpiegare, per esempio, il trasporto di gas ad alta pres-sione nelle condotte a terra. Tale applicazione può risul-tare strategica in condizioni di produzione remota perutenti. Il tipo di fluido trasportato è classificato sullabase della sua pericolosità; la zona è generalmente clas-sificata sulla base delle unità abitative; entrambe, tra-mite uno schema a matrice, consentono di definire leclassi di sicurezza associabili a un dato fluido traspor-tato e alla zona attraversata. A ogni classe di sicurezzaè associata una massima probabilità di rottura (supera-mento dello stato limite) ammessa (ISO 2004). È opi-nione diffusa che una probabilità annua pari a 10�4 perkm sia accettabile per i tratti di condotta in condizionioperative attraversanti zone remote. Tale valore può scen-dere di diversi ordini di grandezza quando le potenzia-li conseguenze a persone, cose e ambiente, associate aun dato modo di rottura, aumentano in modo conside-revole, per esempio quando aumenta la densità di popo-lazione della zona attraversata e/o il tipo di gas tra-sportato è particolarmente pericoloso. In genere si indi-vidua un intervallo di accettabilità compreso tra 10�3 e10�7 per la massima probabilità annuale di rottura perchilometro, a seconda delle caratteristiche abitative dellazona attraversata e del tipo di fluido (gas, olio, acqua,ecc.) trasportato. Sull’aspetto quantitativo più adeguatoalla sicurezza e relative documentazioni, argomento diaccesa discussione in molti paesi, da alcuni anni in Euro-pa è in fase di sviluppo una nuova legislazione, che richie-de di documentare che una condotta sia stata progettataadeguatamente al suo scopo per tutta la vita operativa e

che le conseguenze di eventuali rotture, in termini dirischio per la vita umana, per l’ambiente e per le cose,siano state ridotte al valore più basso ragionevolmentepraticabile. Tralasciando in questa sede ogni approfon-dimento su cosa si intenda per ‘più basso ragionevol-mente praticabile’, è importante sottolineare come que-sto fatto abbia costretto dapprima le industrie operantinel Mare del Nord e ora anche quelle operanti nel MarMediterraneo ad aggiornare e rivedere il loro approccioalla sicurezza. Con questa normativa diventa responsa-bilità delle società che gestiscono le tubazioni definireil livello di rischio praticabile e documentare che talerischio è stato ridotto al minimo praticabile. Pur poten-do far riferimento alla pratica di progettazione codifi-cata nelle normative riguardanti gli aspetti ben cono-sciuti, il livello di affidabilità implicito nelle normati-ve tradizionalmente non è quantificato. Definire edocumentare una probabilità di rottura consistente euniforme per tutti i modi di rottura è diventato pertan-to un obiettivo primario. Una considerazione doverosariguarda le difficoltà di quantificare e razionalizzarefenomeni di rottura legati ad attività umane quali gliscavi e le perforazioni di pozzi a terra, ovvero all’an-coraggio in mare di navi in aree non dedicate. Pur doven-do inserire necessariamente tali attività tra i carichi chepossono causare la rottura di una tubazione, appare moltopiù adeguato e razionale identificare, ove l’analisi dellefrequenze di occorrenza lo richieda, misure di prote-zione ovvero procedure e/o attività di segnalazione esorveglianza che evitino che tali attività possano avve-nire in prossimità di una condotta (ISO 1999).

Per completare il processo di dimensionamento dellospessore della tubazione per il contenimento della pres-sione interna, il metodo dello stato limite permette, peresempio, la definizione di un formato di progetto chegarantisce un obiettivo di sicurezza rispetto sia allo scop-pio sia allo snervamento, cioè:



t

D

sh

Dp

sh

Dp

fig. 22. Schema esemplificativo delle tensioni sviluppate in un tubo soggetto a pressione interna.

ga�sapplicata�sammissibile�min{hg�sy; hu�su}

dove hg è il fattore parziale di sicurezza associato alloSLS relativo al superamento della tensione di snerva-mento, hu è il fattore parziale di sicurezza associato alloULS relativo al superamento della tensione ultima, ga èil fattore di sicurezza parziale associato all’incertezzaintrinseca nel calcolo della tensione applicata e dei para-metri che entrano nella formulazione usata. La tensionedi snervamento del materiale, sy, è generalmente defi-nita come la tensione per la quale la struttura non mani-festa deformazioni residue significative, cioè quelle pre-senti una volta che la struttura stessa venga scaricata. Latensione di rottura ultima, su, del materiale rappresentail valore della sollecitazione oltre la quale è assente ognicapacità di resistenza (nel caso del contenimento dellapressione interna, il suo superamento implica lo scop-pio della tubazione).

Il comportamento del materiale appena descritto èanche evidenziato dall’equazione di progettazione pre-cedente. Infatti il materiale sarà tanto più vicino alloscoppio, quanto più la sua tensione ultima di rottura, su,è prossima alla tensione di snervamento, sy: tanto più ilvalore del rapporto tra tensione di snervamento e ten-sione di rottura (indicato come Y/T) è vicino a uno, quan-to più la tubazione sarà prossima alla possibilità di scop-piare. L’equazione di progetto precedente può essere sem-plificata riducendo i coefficienti di sicurezza fino adaverne solo uno, cioè:

sapplicata�sammissibile�h�s

Questa ultima forma è la più diffusa tra le normati-ve vigenti in campo internazionale (tab. 1). A tale pro-posito, è possibile rilevare come, dal punto di vista dellenormative vigenti, diverse interpretazioni di uno stessoproblema strutturale (quello del contenimento della pres-sione interna da parte di un tubo) abbiano portato a pro-porre criteri di progetto differenti, a cui corrispondonorisultati anche molto diversi tra loro. Se si considerano,per esempio, i criteri di dimensionamento proposti daalcune normative internazionali, riportate nella tab. 1,fra quelle maggiormente in uso oggi nell’ingegneriadelle condotte, si osserva che il medesimo concetto dicontenimento della tensione circonferenziale si espri-me in modo diverso. Infatti, nella formula di Mariottesopra riportata ogni normativa assegna un preciso e par-ticolare significato ai vari termini in essa contenuti. Que-ste differenze possono portare a variazioni anche del10% sullo spessore di parete necessario per una datapressione interna e un dato diametro nominale. La nor-mativa ASME B31 del 1958 definisce direttamente comemassima pressione di esercizio la pressione alla qualela tensione circonferenziale corrispondente non de-ve superare il 72% della tensione di snervamento delmateriale. In altre parole definisce un coefficiente di

sicurezza, h, uguale a 0,72. Il coefficiente di sicurezzaè stato rivisto negli ultimi anni dalle diverse normativee attualmente si arriva fino a valori pari a 0,87 in con-dizioni operative.

Le tubazioni a terra sono caratterizzate da pressio-ni interne relativamente basse (in Italia e in Europa lapressione massima generalmente usata è intorno a 70-90 bar, ossia 7-9 MPa) se confrontate con le tubazionisottomarine dove, per esigenze operative, si usano pres-sioni che oscillano tra 200 e 300 bar (20-30 MPa). Con-siderando che i coefficienti di sicurezza utilizzati sonosimili, i tubi a terra hanno spessori relativamente bassi(variano tra 12 mm e 20 mm in funzione del diametro)se confrontati con le tubazioni sottomarine, i cui spes-sori variano tra 15 mm e 35 mm in funzione della pres-sione interna e del diametro.

Va ricordato che, nella definizione dei criteri di pro-getto, e quindi dei coefficienti di sicurezza, un certo mar-gine, generalmente circa il 10% dello spessore, è lascia-to per coprire la possibilità di avere dei difetti localiz-zati (come difetti di corrosione, denti, ovalizzazioni, ecc.)che potrebbero diminuire la capacità di resistenza deltubo. Le condotte a terra per il trasporto di olio sonocaratterizzate da pressioni più basse di quelle per il gase da temperature più elevate. Infatti, le condotte che tra-sportano olio per evitare la condensazione di cere chepotrebbero ostruire la condotta operano a temperaturerelativamente alte (anche sopra i 100 °C). Ciò implicache, nella definizione dello spessore del tubo, si devetener conto dell’abbassamento della capacità di resistenzadel materiale legato alla temperatura elevata. Nelle con-dotte in mare per il trasporto di gas, le alte pressionirichieste per effettuare il trasporto sono spesso associa-te ad alte temperature conseguenti al processo di com-pressione del gas stesso. Nelle tubazioni a terra per iltrasporto di gas, un tipo di rottura molto pericoloso con-siste nel possibile scoppio legato a un evento accidenta-le e nella conseguente propagazione lungo l’asse del tubodi una rottura che può avere conseguenze pesantissimesia sulle persone e sull’ambiente sia sui costi (fig. 23).Nelle tubazioni per il trasporto di olio questo fenomenonon è rilevante a causa della caduta pressoché istanta-nea della pressione interna a fronte di una rottura.

Effetti secondariIn molte condizioni insieme alla pressione interna

agiscono altri carichi, generalmente chiamati seconda-ri, che possono avere effetti rilevanti (Bruschi et al.,1982a). Essi sono: azioni flettenti dovute a cedimenti dif-ferenziali ovvero a una curvatura presente sul profilo delsuolo ove è adagiata la tubazione; azioni assiali, general-mente dovute a una impedita dilatazione termica o a feno-meni di scorrimento del terreno (in alcuni casi tali azionipossono innescare fenomeni di instabilità euleriana checomportano lo sviluppo di azioni flettenti incontrollate);



azioni locali, dovute a impatti o ad affioramenti di mate-riale rigido su cui va incidentalmente a poggiare la con-dotta, che generano deformazioni molto localizzate dellaparete del tubo (denti, graffi, ecc.). Queste azioni secon-darie possono portare all’innesco di fenomeni di mal-funzionamento o di rottura.

Collasso locale della sezione. È associabile a feno-meni di instabilità locale, dovuta al superamento dellacapacità di resistenza nella sezione di tubo ove sono pre-senti sollecitazioni longitudinali di compressione assia-le e circonferenziale.

Apertura di un difetto presente su una saldatura cir-conferenziale. È dovuta al raggiungimento della capa-cità di resistenza nella zona della sezione di tubo ovesono presenti tensioni longitudinali di trazione (Bruschi

et al., 1984) molto elevate o fluttuanti con conseguentiproblemi di fatica strutturale (Celant et al., 1982). Taleapertura può innescare uno scoppio o limitarsi a causa-re una perdita di gas. Questa modalità di rottura è rile-vante per tutte le fasi della vita del tubo (dalla installa-zione alla fase operativa) ed esistono criteri di resisten-za specifici che servono a definire le dimensioniaccettabili dei difetti delle saldature a fronte dei carichiapplicati o, per dati difetti, ad accettare carichi ammis-sibili tali da evitare l’apertura instabile dei difetti stessicon conseguente rilascio del fluido interno. Una nor-mativa specifica applicata a livello internazionale è laBS7910-1999 della British Standards Institution.

Rottura istantanea da danneggiamento locale o inci-piente. È legata alla propagazione di un danno locale ini-ziale sull’intero spessore per fatica o per corrosione asso-ciata alla combinazione carico-ambiente.

Per prevenire ognuno dei modi di rottura legati adazioni secondarie esistono criteri di progettazione speci-fici, come quello discusso per il dimensionamento dellaparete del tubo (v. ancora tab. 1). L’obiettivo è quello dimantenere la sollecitazione applicata al di sotto di unaben determinata sollecitazione ammissibile. È evidenteche la progettazione cerca di evitare che tali modi di rot-tura possano essere innescati, identificando i rimedi neces-sari. Questi sono spesso legati a misure di protezione deltubo atte a ridurre l’entità dei carichi esterni e non allamodifica dello spessore del tubo stesso. Quando però siè in ambienti che presentano caratteristiche idrogeologi-che in evoluzione (terreni soggetti a movimenti franosi)o che possono essere interessati da fenomeni sismici rile-vanti, le azioni secondarie possono divenire critiche el’ingegnere in fase di progetto ha a disposizione pochimezzi per determinare la natura e l’entità delle azionisecondarie che si possono sviluppare. In questi casi in



tab. 1. Normative per la progettazione delle tubazionisottomarine e a terra

Normativa Nazione Formato

DNV OS-F101 Norvegia stati limite

ASME B31.4 USA tensioni ammissibilie B31.8

BS 8010 Regno Unito tensioni ammissibili

NEN 3650 Olanda tensioni ammissibilistati limite

C.S.a.R. 2.06.05.85 ex URSS tensioni ammissibili

CSA Z662 Canada tensioni ammissibilistati limite

ISO Europa tensioni ammissibilistati limite

DM 24-11-84 Italia tensioni ammissibilidel Ministerodell’Interno

fig. 23. Effetto della propagazione longitudinale della frattura a seguito di uno scoppio locale (per cortesia di R. Bruschi).



genere la compagnia che esercisce la condotta disponeuna serie di attività di sorveglianza e controllo strumen-tale per tenere sotto osservazione le zone potenzialmen-te critiche e avviare gli opportuni interventi di mitiga-zione atti a evitare l’evolvere verso condizioni che potreb-bero portare alla rottura delle condotte (Bruschi et al.,1995). La scarsa attenzione rivolta alle condizioni di cari-co secondarie, in pratica risolta con verifiche su un livel-lo di sollecitazione equivalente che poco è correlabile allereali condizioni di rottura, è una carenza delle normati-ve attuali. Solo alcune normative vigenti in paesi carat-terizzati da ambienti particolarmente difficili, come peresempio il Giappone, ove i terreni sono esposti a condi-zioni termiche e sismiche molto severe, contemplano veri-fiche articolate dedicate ai carichi secondari. Tra gli effet-ti secondari non specificatamente legati a carichi ester-ni, si può annoverare la possibilità di corrosione dellaparete di acciaio del tubo, dovuta a due eventualità:• ambiente esterno (correnti indotte per le tubazioni a

terra, terreni corrosivi, acqua marina con elevato con-tenuto in cloro, ecc.); per questa tipologia di dan-neggiamento la progettazione prevede, come giàaccennato precedentemente, la ricopertura totale deltubo con materiale plastico (polietilene, polipropile-ne, ecc.) isolante (protezione passiva) e l’installa-zione di anodi (per esempio di zinco o di mangane-se) su cui innescare l’eventuale azione corrosiva alposto della parete di acciaio del tubo accidentalmentein contatto con l’ambiente corrosivo esterno (prote-zione attiva);

• fluido trasportato che può essere corrosivo; per que-sta tipologia di corrosione generalmente si utiliz-zano materiali resistenti alla corrosione (acciai inos-sidabili) o si pretratta il fluido da trasportare primadella sua immissione nella condotta stessa per ridur-re al minimo la presenza di agenti corrosivi qualibiossido di carbonio (CO2), solfuro di idrogeno(H2S), ecc.Le condotte a terra sono generalmente interrate in

modo da evitare possibili interferenze con altre attivitàumane, come l’agricoltura, la costruzione di strade ealtro. Nondimeno, alcune tipologie di carichi secondarisono comunque possibili (Bruschi et al., 1995), comeper esempio: carichi statici e dinamici in tubazioni inter-rate dovuti a movimenti di terreno (smottamenti, franee terremoti), tipologia di carico che genera sia flessionedella condotta sia trazione e compressione assiale (figg. 24e 25); carichi accidentali legati alla interferenza con atti-vità umane, tipologia nella quale si collocano i dannilocali, come il dente superficiale e il graffio generatosulla parete del tubo durante l’impatto con la benna diuna ruspa, tipico delle attività di costruzione, o con l’a-ratro durante le attività agricole.

Le condotte sottomarine, contrariamente a quelle aterra, sono soggette a carichi significativi durante la

costruzione. Questo implica che lo spessore della pare-te può anche essere definito tenendo conto che la tuba-zione deve resistere ai carichi di costruzione (Torsellettiet al., 2003b). Inoltre, a causa degli elevati costi di inter-ramento legati alla necessità di lavorare a profonditàanche molto elevate (�500 m), la tubazione è spessoappoggiata sul fondale marino. Questo significa che iltubo rimarrà soggetto alle asperità del fondale, all’in-terferenza con le attività umane, alle azioni idrodina-miche legate a correnti e onde marine, a carichi acci-dentali innescati da terremoti (frane, correnti di torbi-da, ecc.). Le condotte sottomarine sono soggette aiseguenti carichi secondari: a) carico dovuto alla pres-sione idrostatica dell’acqua circostante, tipologia di cari-co particolarmente importante nelle tubazioni costrui-te a elevata (�1.000 m) ed elevatissima (�2.000 m)profondità, per le quali viene definito lo spessore dellaparete del tubo; b) carichi combinati di pressione (inter-na o esterna), di flessione (legata a carichi funzionalicome il peso proprio e il peso del fluido trasportato, alleasperità del fondale, ecc.) e assiali (legati a carichi fun-zionali come la temperatura operativa che tende a dila-tare il tubo); c) carichi dinamici dovuti a onde di super-ficie e a correnti sottomarine che possono innescareinstabilità laterali e vibrazioni della tubazione quandoquest’ultima è in una configurazione sospesa (campa-ta) tra due appoggi (Bruschi et al., 1982b); d) carichistatici e dinamici in tubazioni interrate dovuti a movi-menti di terreno (come smottamenti, frane e terremoti;Bruschi et al., 1995), tipologia di carico che genera siaflessione della condotta che trazione e compressioneassiale; e) carichi accidentali legati alla interferenza conattività umane, tipologia nella quale si collocano i dannilocali come il dente superficiale e il graffio generatosulla parete del tubo durante l’impatto con le reti a stra-scico dei pescatori o le ancore delle navi.

I carichi di installazione applicati alle condotte a terrasono relativamente bassi a causa della tecnologia usata,che permette una preparazione ottimale del percorso dellatubazione. Al contrario, l’installazione di tubazioni sot-tomarine richiede analisi molto sofisticate di previsionedei carichi applicati e della risposta strutturale del tubo.Di seguito vengono descritti i criteri di progettazione cheservono a garantire l’integrità di una tubazione durantela fase di installazione.

Contenimento della pressione esterna nelle condotte sottomarine

L’installazione delle condotte in mare prevede spessola presenza di aria alla pressione atmosferica all’internodei tubi (Torselletti et al., 2003b). L’elevata pressione idro-statica esterna, frequentemente presente durante l’instal-lazione dei tubi in mare, tende a ovalizzare la sezione tra-sversale del tubo (non perfettamente circolare sin dallasua produzione in acciaieria) fino allo stato limite ultimo

di collasso (completo schiacciamento) della sezione stes-sa. L’instabilità della sezione trasversale del tubo sogget-to a pressione esterna è raggiunta quando quest’ultima èuguale alla pressione di collasso, pcollasso, definita dallaseguente formula:

pcollasso pcollasso pcollasso D0�111�1��111�2

�1��f011113

pel, d py, d py, d t

dove

Dmax�Dminf0�111123

D0

2E t tpel, d�

11 �13�3

py, d�2sy13

1�v2 D0 D0

D0 è il diametro esterno, t lo spessore di acciaio, f0 l’o-valizzazione iniziale della sezione trasversale, Dmax eDmin sono rispettivamente il diametro esterno massimoe minimo. Il carico della pressione esterna, nel caso ditubi da installare a profondità molto elevate (�1.200 m)può anche essere determinante nella definizione dellospessore del tubo in luogo del criterio di contenimentodella pressione interna. Il criterio di sicurezza è simile aquello usato per la pressione interna e si esprime come:

pesterna�hp�pcollasso

dove hp è un coefficiente che stabilisce il livello di sicu-rezza, cioè quanto sia improbabile lo schiacciamentodella sezione trasversale del tubo.

Un eventuale collasso localizzato può propagarsi lungola condotta se la pressione esterna supera un certo valo-re critico (che può essere la pressione di collasso o unvalore più basso in funzione di difetti locali, quale undente, o di una combinazione di carichi che enfatizza l’ef-fetto della pressione esterna). In questo caso la sezionecollassata di tubo può propagare lo schiacciamento lungola tubazione alle sezioni adiacenti (Torselletti et al., 2003a).Questa propagazione si arresta solo se la pressione ester-na è più bassa di un valore massimo capace di fornire l’e-nergia sufficiente a sostenere la propagazione o se lasezione di tubo è sufficientemente resistente per soste-nere la pressione esterna, cioè lo spessore è più alto diquello legato al collasso di un tubo senza difetto locale.

Il primo caso va evitato per non rischiare lo schiac-ciamento di lunghi tratti di tubo. Il secondo caso vieneottenuto aumentando lo spessore di tutto il tubo (solu-zione molto costosa) o inserendo delle sezioni di tubopiù spesso (4-12 m di lunghezza) a intervalli regolari cheblocchino l’eventuale propagazione dello schiacciamento.

Le tubazioni in mare sono soggette a carichi di instal-lazione relativamente elevati rispetto a quelle a terra.Infatti il tubo è soggetto contemporaneamente a caricoflessionale, assiale e di pressione esterna. In aggiunta,durante la costruzione delle condotte a mare, a causadella necessità di sostenere il peso della campata di varo,il tubo è appoggiato su supporti discontinui (roller) chepossono applicare delle azioni trasversali anche relati-vamente elevate. Nella costruzione delle condotte a terratutte e quattro le suddette sollecitazioni sono assenti. Incasi particolari si presenta la necessità di installare curvepredeformate a freddo in campo, così da ottenere un rag-gio di curvatura ben definito. Questa tipologia di caricoè però applicata sporadicamente in modo molto con-trollato, così da evitare possibili rotture o sezioni dan-neggiate in fase operativa.

Nel caso dell’installazione delle condotte in mare,l’effetto dei carichi combinati è quello di innescare unmodo di rottura legato all’instabilità della sezione tra-sversale con conseguente suo schiacciamento (fig. 26).Per esprimere analiticamente questo modo di rottura lediverse normative utilizzano equazioni differenti (Tor-selletti et al., 2003b). Sono due le equazioni più usate.Nella prima vengono presi in considerazione diretta-mente i carichi esterni applicati alla parete di acciaio deltubo attraverso una disequazione del tipo:

Mapplicato Napplicato pesterna�11123�a

��11123�b

��111�g

�gMcritico Ncritico pcollasso

dove M è il momento flettente, N è la forza assiale epesterna è la pressione esterna. I termini a denominatoresono i valori critici di rottura/instabilità dei singoli carichi



fig. 24. Frana parallela all’asse del tubo.

fig. 25. Frana laterale all’asse del tubo.

presi separatamente, g è il coefficiente di sicurezza ed èminore dell’unità. La pressione di collasso, pcollasso, èuna funzione della geometria del tubo (che include leimperfezioni come la sezione trasversale non perfetta-mente circolare, cioè l’ovalizzazione, o la presenza di undente localizzato) e delle caratteristiche del materiale.

Nella seconda equazione vengono usate le tensioniconseguenti ai carichi esterni applicati attraverso la defi-nizione della cosiddetta tensione equivalente. La ten-sione equivalente applicata a fronte di uno stato ammis-sibile, che può essere definito sia rispetto allo snerva-mento (sy) sia rispetto alla rottura (su), è definita da unoo più coefficienti di sicurezza (Bruschi et al., 1982a;DNV, 2000).

L’obiettivo dei criteri riportati sopra è quello di instal-lare una condotta capace di sopportare i carichi operativie ambientali che si susseguiranno durante la vita operati-va. In particolare l’irregolarità del fondale marino potreb-be indurre sulla condotta posata su di esso dei carichi ester-ni flessionali inaccettabili, con riferimento ai criteri ripor-tati sopra. In questa situazione o si modifica il fondale conappositi interventi o, se questi sono troppo costosi, si modi-fica la rotta seguita dal tubo in modo da ridurre l’effettodei carichi applicati (tensione equivalente e criterio diinstabilità sezionale) al di sotto della tensione ammissibi-le. Alcune tipologie di installazione delle condotte in maresono tali da controllare in modo molto accurato il livellodi deformazione indotta nella parete del tubo. In questicasi i criteri di progettazione permettono di usare coeffi-cienti di sicurezza meno restrittivi o, in modo equivalen-te, introducono il concetto di deformazione ammissibileper definire il limite di instabilità/schiacciamento dellasezione trasversale del tubo. Il criterio è simile a quellobasato sui carichi esterni riportato sopra, ma il momentoM e la forza assiale N sono sostituiti dalla deformazionelongitudinale corrispondente.

Per tutti i criteri sopra descritti esistono equazioni perla progettazione basate sugli stati limite, come per il con-tenimento della pressione interna. Nel caso dei carichidi installazione delle condotte in mare le incertezze piùelevate sono legate ai carichi esterni dovuti all’ambien-te. In particolare la nave-cantiere, durante la costruzio-ne della condotta, può essere soggetta a tempeste mari-ne con onde anche molto elevate, i cui effetti sulla inte-grità strutturale della campata di varo possono esserecatastrofici con conseguente perdita in mare del tubostesso. È chiaro quindi che, rispetto alla situazione ope-rativa, i coefficienti di sicurezza adottati per la fase dicostruzione sono generalmente più bassi.

Resistenza ai carichi ambientali e da interferenza esterna

La pressione interna non è il solo carico presentesulle tubazioni marine e terrestri. Nei paragrafi prece-denti sono state descritte alcune situazioni tipiche diinterazione di più carichi applicati alla condotta (Bru-schi et al., 1982a). L’analisi della resistenza della tuba-zione ai carichi di esercizio (peso proprio, pressione,temperatura, ecc.) e ambientali (onde marine e corren-ti sottomarine, frane, ecc.) si può suddividere in due fasi:l’analisi della risposta del tubo, cioè il calcolo delle sol-lecitazioni applicate, e il confronto di queste sollecita-zioni applicate con una tensione limite attraverso un cri-terio di resistenza.

La configurazione di equilibrio di una condotta posa-ta su fondali irregolari dà generalmente luogo a una seriedi campate libere, separate tra loro da tratti di diversalunghezza, lungo i quali il tubo posa sul fondo (fig. 27).Questa situazione è tipica delle condotte sottomarine. Lecondotte a terra sono invece generalmente posate in unatrincea che segue suoli abbastanza regolari opportuna-mente scelti per evitare carichi di flessione elevati. La



fig. 26. Formazione di un dente locale a seguito di una forza concentrata esterna e collasso della sezionetrasversale del tubo (per cortesia di R. Bruschi).

discontinuità dei punti di supporto induce momenti flet-tenti che possono essere inaccettabili da un punto di vistastatico (cioè sotto i carichi funzionali) e dinamico (cioèsotto i carichi funzionali e ambientali). In particolare,l’irregolarità del fondale deve essere compresa entro limi-ti che permettono la posa del tubo senza pregiudicarnela resistenza.

Una volta posata la condotta, si dovrà considerare che:la configurazione di equilibrio sotto le azioni statiche potreb-be essere non accettabile, per esempio durante la fase dicollaudo idraulico (v. par. 7.1.6) o nella successiva faseoperativa, qualora il peso complessivo della tubazione e ilfluido interno, la pressione interna e quella esterna solle-citino i punti di appoggio della condotta causando momen-ti flettenti che superano i valori ammissibili; la configura-zione di equilibrio potrebbe essere inammissibile da unpunto di vista dinamico, qualora le correnti del fondo, agen-ti trasversalmente al tubo, siano tali da indurre oscillazio-ni idroelastiche autoesaltanti di ampiezza tale da pregiu-dicare la resistenza a fatica della condotta durante la vitaoperativa (Bruschi et al., 1982b; Celant et al., 1982).

Le due situazioni di carico descritte sopra vanno con-frontate con criteri strutturali atti a garantire l’integrità deltubo per tutta la vita operativa (Vitali et al., 2003), in par-ticolare: il momento flettente limite combinato all’azionedella pressione interna e della forza assiale oltre il quale latubazione perde ogni capacità di resistenza (si tratta di cri-teri simili a quelli riportati in precedenza, dove sono discus-si i carichi di installazione); il superamento della resisten-za a fatica sotto carichi ciclici legati sia alle fluttuazioni dipressione interna che ai carichi dinamici dovuti all’am-biente esterno (criteri di resistenza specifici per questo statolimite sono riportati nelle normative della tab. 1).

A fronte del superamento del valore ammissibile dellatensione o del momento flettente è necessario eseguiredei lavori di intervento atti a modificare la configurazio-ne di equilibrio della tubazione, come per esempio il livel-lamento delle asperità lungo la rotta della condotta (sca-vando trincee o usando rocce e materiale di scavo perriempire gli avvallamenti), come mostrato nella fig. 27.

L’introduzione del metodo degli stati limite ha resonecessaria l’analisi dettagliata della risposta strutturaledel tubo sotto l’azione combinata di momento fletten-te, pressione interna e forza assiale. Le normative esi-stenti fanno spesso riferimento a criteri di progettazio-ne basati su prove sperimentali in scala 1:1 e sull’ap-plicazione di modelli numerici (FEA, Finite ElementsAnalysis, analisi agli elementi finiti), come evidenzia-to dalle figg. 28 e 29.

Le condotte per il trasporto di fluidi pericolosi perl’ambiente o per le persone (quali l’olio o il gas natura-le che possono incendiarsi o esplodere o comunque inqui-nare) devono anche essere progettate per resistere ai cari-chi accidentali, cioè a carichi la cui probabilità di occor-renza è remota ma non trascurabile dal punto di vista deirischi. Infatti l’obiettivo è quello di progettare una strut-tura sicura anche rispetto a carichi accidentali remoti,che però possono avere conseguenze gravi sia dal puntodi vista ambientale e di perdite di vite umane sia da quel-lo economico (v. sopra).

Le condotte a terra, passando per luoghi dove le atti-vità umane (abitazioni, industrie, colture, ecc.) sono con-siderevoli, devono essere in grado di sostenere carichiaccidentali anche elevati. Si ricorda ancora una volta checarichi accidentali tipici sono quelli legati all’ambiente(terremoti, frane, ecc.) o alle attività umane. Ciò richie-derebbe spessori della parete d’acciaio molto elevati. Perlimitare lo spessore entro valori economicamente accet-tabili, si adottano, come già accennato, misure di prote-zione quali l’interramento del tubo in trincee di oppor-tuna profondità. Ci sono tuttavia attività umane che pos-sono ancora interferire (per esempio, come già detto,l’interferenza con le benne delle ruspe, con le lame degliaratri, ecc.). Ciò significa che la parete d’acciaio deveavere uno spessore adeguato a resistere anche ad alcu-ni carichi accidentali la cui frequenza sia molto eleva-ta o le cui conseguenze siano molto gravi. Tuttavia que-sta misura può non essere sufficiente. Infatti alcunesituazioni di danno locale possono diventare pericolo-se nel tempo anche se non lo sono nell’immediato. Resta



flessione nominale / flessione limite

configurazione post-intervento configurazione pre-intervento: non ammissibile

appesantimenti localisupporti artificiali

riempimento con ghiaia

2

1

0

�1

�2

mfig. 27. Configurazione di equilibrio di una condotta posata su fondali marini irregolari.

quindi fondamentale la pianificazione di una attività diispezione e conseguente monitoraggio e/o riparazione dieventuali danneggiamenti presenti sulla tubazione (dentilocali e/o graffi sulla parete di acciaio, corrosione loca-lizzata o generalizzata). Una delle attività principali dimonitoraggio consiste nella verifica di eventuali attivitàcorrosive della parete di acciaio dovute al deteriora-mento/danneggiamento della protezione passiva (rive-stimento anticorrosivo) e nella conseguente attivazionedella protezione attiva (protezione catodica).

Un altro problema, che è generalmente innescato dacarichi accidentali esterni che deteriorano nel tempo laresistenza meccanica della parete del tubo, è la cosiddettapropagazione duttile di una frattura longitudinale cheporta a conseguenze spesso disastrose (perdite di viteumane e ingenti danni economici); questo problema ètipico delle tubazioni per il trasposto di gas. Generalmenteil criterio di progettazione è legato alla scelta di un mate-riale sufficientemente tenace da impedire tale propaga-zione. Anche se l’innesco può essere legato a interferen-ze locali con attività umane, l’attività di monitoraggiopreventivo di danneggiamenti locali resta fondamentale.

7.1.6 Costruzione

La costruzione di una condotta è realizzata saldando traloro i tubi opportunamente preparati e adagiandoli lungoun percorso predefinito. A seconda dell’ambiente attra-versato, si hanno condotte a terra o condotte sottomarine;

questa è la prima e più importante distinzione per la rea-lizzazione di tubazioni, dato che i due diversi ambientirichiedono una progettazione e una tecnologia di costru-zione diverse. In genere le condotte sottomarine esigo-no un livello tecnologico elevato sia durante la costru-zione, per via dei mezzi impiegati, sia in seguito, per lagestione e la manutenzione delle linee.

Condotte a terraLa tendenza attuale nella costruzione delle condotte

a terra (Institution of Gas Engineers, 1984) è quella diprevederle interrate, con pochissime eccezioni in casiparticolari; ciò consente sia di aumentare la sicurezzasia di ridurre l’impatto sull’ambiente. Le attività per lacostruzione di una condotta sulla terraferma si posso-no schematizzare come segue: a) logistica e pista di lavo-ro; b) scavo della trincea e attraversamento di punti parti-colari; c) montaggio meccanico; d) ripristini e avviamento.

LogisticaLe attività di logistica includono:

• dislocazione del personale, dei macchinari e deglistrumenti in cantieri disposti lungo la condotta, a unadistanza che è in funzione delle caratteristiche delterritorio interessato e della presenza di infrastruttu-re e servizi (trasporti, acqua, elettricità, ecc.);

• preparazione della pista di lavoro (Gray, 2004);lungo tutto il tracciato della linea viene preparatauna pista per il passaggio dei mezzi meccanici, perla movimentazione e per la posa della condotta.Generalmente con l’aumentare del diametro dellatubazione aumentano anche le dimensioni dei mezzimeccanici utilizzati e della sezione di scavo. Per-tanto si prepara una pista di larghezza crescente pro-porzionalmente al diametro della tubazione, fino auna larghezza di circa 30 m per un diametro di 1,2m. In situazioni difficili o per ridurre al minimol’impatto ambientale, si possono adottare restrin-gimenti di pista con aumento della complessità dellavoro di montaggio. Dopo i lavori di rimozionedella vegetazione e di asporto dello strato di humusdall’area di passaggio, si procede a un livellamen-to del terreno per facilitare i lavori di scavo e dimontaggio della condotta. L’humus viene abitual-mente accantonato per essere successivamenterimesso in posto;

• trasporto e stoccaggio dei tubi; i tubi per condotte(di lunghezza variabile tra 10 e 17 m) sono spessoprodotti in stabilimenti molto lontani dalla zona diutilizzo e, per opere importanti, da più fornitori.Dagli stabilimenti di produzione, la prima parte deltrasporto si compie su nave o su treno; in seguito siutilizzano camion per raggiungere le aree di raccol-ta vicine ai cantieri; a volte è quindi necessario rea-lizzare strade di accesso. I costi associati al trasporto



fig. 29. Determinazione del momento flettente limite tramiteanalisi numeriche agli elementi finiti (per cortesia di R. Bruschi).

fig. 28. Determinazione del momento flettente limitetramite prove sperimentali (per cortesia di R. Bruschi).

a terra hanno un’importanza significativa e vengo-no in genere stabiliti mediando tra i vantaggi offer-ti dai tubi lunghi (prodotti con lunghezze fino a 17m), che presentano minor numero di saldature eminor costo di costruzione, e gli svantaggi dei mag-giori costi di trasporto a essi associati (in genereper lunghezze sopra i 13 m occorre organizzare untrasporto eccezionale). Un compromesso diffusoconsiste nel prevedere tubi di circa 12 m che ven-gono saldati a coppia direttamente in cantiere, tra-sportando successivamente il pezzo di tubo realiz-zato (doppio giunto) lungo la pista fino al punto disaldatura finale alla condotta. La sovrapposizionedelle fasi di saldatura consente così un aumento diproduttività molto importante. Durante la fase dimovimentazione, trasporto e stoccaggio dei tubi, èimportante non danneggiare né il tubo né il rivesti-mento anticorrosivo applicato sull’esterno dell’ac-ciaio (il rivestimento può essere comunque ripara-to senza diff icoltà); danneggiamenti al tubo diacciaio possono essere ripristinati solo in alcunicasi meno gravi;

• una movimentazione accurata dei tubi fino alla loroinstallazione nella trincea; infatti è importante nonporre attrezzature metalliche in contatto diretto conil rivestimento del tubo, evitare di adagiare i tubi tra-sportati lungo la linea direttamente sulla terra, maneg-giare la condotta (soprattutto quando assemblata) inmodo da non provocare deformazioni plastiche, ova-lizzazioni e ammaccature;

• sfilamento dei tubi lungo la pista; questa è la parteconclusiva del trasporto: i tubi sono allineati lungo lapista di lato alla trincea in modo da essere pronti perl’accoppiamento. Le sezioni ove occorrono curve siidentificano in fase di progettazione e si predispon-gono appositi pezzi curvati direttamente negli stabili-menti e trasportati in sito. Altre curvature si realizza-no sul campo come parte del montaggio meccanico.

Scavi e attraversamentiLe condotte sono generalmente interrate, con uno

spessore di ricoprimento tale da evitare interferenze conle attività superficiali, in particolare quelle agricole, eassicurare protezione dal passaggio di mezzi meccani-ci; il ricoprimento deve tener conto anche della possibi-lità di erosione nel tempo a causa di eventi naturali o pro-vocati da attività umane.

L’attività di scavo prevede la preparazione di una trin-cea, di forma, profondità e larghezza adeguate alla con-dotta e alle varie problematiche legate ai suoli attraver-sati; la trincea è realizzata tramite macchine scavatricidi vario tipo, abbinate a uso di esplosivo in presenza diroccia dura.

Il fondo della trincea è realizzato in modo che lacondotta vi appoggi con continuità. Inoltre il fondo e

le pareti dello scavo sono rifiniti in modo da non pre-sentare asperità che possano danneggiare la condotta o ilsuo rivestimento. Si controlla quindi che il fondo delloscavo non contenga corpi estranei o massi o spuntoni durie, quando serve, si crea un letto di posa sicuro, ricopren-do l’area intorno alla tubazione con materiale scelto (sab-bia), spesso selezionato da quello dello scavo stesso.

Nell’ambito della realizzazione di condotte, l’attra-versamento di ostacoli naturali (corsi d’acqua, dossi ependii rocciosi) e artificiali (ferrovie, strade e autostra-de) ha sempre rappresentato una peculiarità dal punto divista sia progettuale sia costruttivo. Esiste un’ampia gra-dualità di intervento a seconda della difficoltà presenta-ta dall’attraversamento. Gli attraversamenti dei corsid’acqua e delle loro infrastrutture vengono realizzati conpiccoli cantieri, che operano contestualmente all’avan-zamento della linea. In questo ambito va ricordato chein casi particolari, come nelle aree di alta montagna, ven-gono realizzate anche gallerie.

Si possono realizzare numerose classificazioni dellemetodologie costruttive disponibili, basate sui criteri diperforazione, sulla tipologia di scavo o sul tipo di mac-chine operanti; le due metodologie principali sono quel-le a cielo aperto e quelle con tecnologie sotterranee, detteanche trenchless (Vescovo e Lazzarini, 2002). L’esigen-za di un più accurato rispetto ambientale nelle zone inte-ressate da condotte e l’importante sviluppo tecnologicoacquisito negli ultimi anni, hanno spinto sempre più versol’adozione di tecnologie trenchless alternative all’uso discavi a cielo aperto.

Le metodologie trenchless più utilizzate sono: il micro-tunnel e la Trivellazione Orizzontale Controllata (TOC).La metodologia del microtunnel consiste nell’avanza-mento progressivo di una testata di perforazione cilin-drica posizionata in testa a un treno di tubi di rivesti-mento. L’avanzamento contemporaneo della testata e deitubi in coda è dato dalla spinta di martinetti idrauliciposizionati in coda, presso la postazione di spinta. Ilmicrotunnel viene realizzato con sistemi di controllosofisticati, a volte telecomandati (remote controlled), checonsentono geometrie curvilinee, elevata precisione esicurezza. All’interno del microtunnel, dopo il suo com-pletamento, viene installata la condotta mediante ‘varo’con argani e funi di tiro. Le dimensioni dei microtunnelsono variabili a seconda della condotta da posare; il lorodiametro va da 1 a 3,5 m, salvo casi particolari.

La TOC è un sistema di trivellazione derivato daimetodi di perforazione direzionale per pozzi petrolife-ri. In una prima fase viene realizzato un foro pilota dipiccolo diametro lungo il profilo di progetto prestabili-to, generalmente curvo, utilizzando una testata di perfo-razione a getto in pressione – o in alternativa un moto-re a fanghi – collegata in testa ad aste di perforazione.La testata di perforazione effettua sia l’azione di tagliomeccanico del terreno sia le deviazioni necessarie per



seguire la direzione di progetto. La seconda fase è quel-la dell’alesaggio del foro pilota fino al diametro ido-neo per l’alloggiamento della condotta. Il numero dipassaggi di alesaggio dipende da diversi fattori (natu-ra dei terreni, diametro della condotta, sforzi di tiroammissibili, ecc.).

Infine viene effettuato il ‘tiro’ della condotta trami-te le aste di perforazione, in coda alle quali è collegatocon apposita giunzione un tratto della condotta stessa giàsaldato in tutta la sua lunghezza all’esterno.

Montaggi meccaniciQualifica delle procedure di costruzione. Le princi-

pali procedure di costruzione sono la saldatura, il rivesti-mento anticorrosivo sui giunti saldati, i controlli non distrut-tivi e le riparazioni delle saldature; tutte queste operazio-ni sono da eseguire al campo. Tali procedure sono anchetestate per verificare che il personale, i macchinari e ilmateriale impiegati siano tali da garantire la riuscita dellalavorazione secondo quanto previsto nelle specifiche. Lequalifiche si eseguono direttamente in cantiere all’avviodella lavorazione specifica, se non presentano particolaridifficoltà. Le procedure di saldatura sono qualificate conun certo anticipo sull’inizio della costruzione, per avermodo di eseguire i test distruttivi previsti e poter adotta-re le eventuali misure correttive nel caso non siano sod-disfatti i requisiti richiesti. Se si prevede di eseguire i con-trolli non distruttivi con sistemi a ultrasuoni automatici,alla qualifica del procedimento di saldatura segue la costru-zione dei blocchi di calibrazione.

Collegamento dei tubi tramite saldatura dei giunti econtrolli non distruttivi. La saldatura dei giunti è l’atti-vità principale nella costruzione di una condotta. Si usanotecniche manuali, semiautomatiche e automatiche. Percondotte importanti si usano soprattutto tecniche semiau-tomatiche che garantiscono la maggiore produttività,anche se molti sforzi sono incentrati sullo sviluppo dimacchine automatiche che consentano una produttivitàpiù elevata; le saldature manuali sono comunque sem-pre previste per collegamenti fuori linea di stringhe dicondotta (tie-in) e sono applicate nei collegamenti dipezzi particolari (valvole, derivazioni, curve prefabbri-cate, trappole), o in tubi con diverso spessore di parete;sulle condotte minori la saldatura manuale è ancora pri-vilegiata a causa della sua maggiore semplicità.

Le tecnologie sono varie: in genere le saldature sonoad arco elettrico (v. par. 7.1.4) e si differenziano per iltipo di schermatura della zona fusa: saldature ad arcosommerso (a filo continuo, di tipo automatico e semiau-tomatico, usate spesso sui doppi giunti), e saldature conprotezione a gas (a filo continuo, generalmente di tiposemiautomatico, usate sulle giunzioni delle condotte). Ilcompletamento della saldatura si fa per ‘passate’ suc-cessive, usando anche metodologie diverse per le singo-le passate.

La procedura tipica prevede, come già detto, l’ac-coppiamento meccanico dei giunti da saldare con unapposito equipaggiamento ‘a clampe’che viaggia all’in-terno della condotta (v. ancora fig. 21; in alcuni casi siusa anche un accoppiatore esterno), il quale ha lo scopodi accostare i due lembi in maniera stabile; si procedequindi a un controllo sui disallineamenti, si effettua unpreriscaldamento dei lembi da collegare e si opera la sal-datura con controllo delle temperature intermedie tra lepassate.

Tutte le saldature sono controllate per identificaredifetti che possano compromettere l’integrità della con-dotta. Negli anni passati si usavano, come già accenna-to, mezzi radiografici coadiuvati da mezzi a ultrasuonidi tipo manuale. Attualmente si tende a usare sistemi aultrasuoni automatici, che garantiscono meglio l’identi-ficazione dei difetti più pericolosi e forniscono infor-mazioni più accurate sulle caratteristiche dimensionalidei difetti.

Rivestimento con materiale protettivo dei giunti disaldatura e controllo dell’integrità del rivestimentoesterno. Normalmente i tubi arrivano ai cantieri giàrivestiti, mentre la realizzazione del rivestimento delgiunto saldato si effettua necessariamente sulla linea.A questo scopo si predispone il giunto saldato per leoperazioni di pulizia, sabbiatura e riscaldamento, quin-di si procede all’applicazione del materiale di prote-zione, generalmente dello stesso tipo di quello usatoper proteggere il resto della tubazione (strati di polie-tilene o polipropilene sopra materiale epossidico). Siverifica poi l’isolamento elettrico del giunto e del restodella tubazione tramite strumentazione ad alto voltag-gio (5-25 kV) denominata cercafalle.

Posa delle stringhe di tubazione nella trincea e lorocollegamento. Dopo che i tubi sono stati saldati tra lorosulla pista (raramente nello scavo), vengono posate all’in-terno della trincea stringhe lunghe centinaia di metri. Perfar ciò si usa una serie di macchine di sollevamento-posacon braccia laterali e contrappeso (sideboom), che ope-rano in modo coordinato per ottenere la discesa all’in-terno della trincea senza sollecitazioni e curvature (Scurve) eccessive sulla condotta (fig. 30). Una volta posa-te, le stringhe sono saldate tra loro all’interno della trin-cea con saldatura manuale (tie-in). A completamentodella fase di posa, nelle condotte più importanti spessoviene posato nello stesso scavo anche un cavo a fibreottiche per la trasmissione di dati di funzionamento ecomandi alle valvole e alle altre apparecchiature ope-ranti sulla condotta.

Attrezzature di completamento della condotta. Ilcompletamento della condotta consiste nella installa-zione dei punti di sezionamento, delle stazioni per illancio e ricevimento (trappole) di apparecchiature (pig)in grado di percorrere all’interno tutta la condotta. Que-sti impianti ‘di linea’ sono provvisti di valvole, sistemi



di by-pass, sistemi per lo svuotamento e scarico deitratti sezionati di condotta e strumentazione per il con-trollo di trasmissione di dati sul funzionamento dellacondotta. Sono generalmente realizzati in piccole areerecintate con cabine all’interno delle quali sono ubi-cati pannelli con la strumentazione di controllo.

In alcune di queste stazioni sono previsti anche ilsistema di alimentazione per la protezione catodica, lastrumentazione di controllo e monitoraggio e il sistemadi trasmissione dei dati. Tali stazioni vengono rese acces-sibili alla viabilità esistente e a volte prevedono genera-tori di elettricità autonomi.

Installazione della protezione elettrica (catodica).La condotta è protetta dalla corrosione, oltre che dalrivestimento esterno della tubazione, anche grazie auna protezione attiva (catodica) mediante un sistema dicorrenti elettriche generate con apparecchiature postelungo la linea, il che rende il metallo della condottaelettricamente negativo rispetto all’elettrolito circo-stante (terreno, acqua, ecc.). Lungo la condotta sonoinstallati punti di monitoraggio per poter verificare l’ef-ficacia del sistema stesso.

Ripristini e avviamentoRinterro e ripristini vengono attuati al completamento

dei lavori meccanici e di posa. Il rinterro viene effettua-to con lo stesso materiale dello scavo (salvo casi moltoparticolari di condizioni geologiche non idonee): vienesteso un nastro di segnalazione e in punti particolari ven-gono interposte anche beole di protezione o diaframmiin sacchi di sabbia. L’ultimo strato di rinterro è partico-larmente curato al fine del ripristino della morfologia edell’uso del suolo precedenti ai lavori.

In alcuni punti particolari alla fine dei lavori si deveprocedere alla costruzione di opere di ripristino chepossono essere finalizzate agli aspetti geotecnici (sta-bilità delle aree acclivi, controllo idraulico sugli attra-versamenti fluviali, mitigazione morfologica paesag-gistica) e agli aspetti ambientali, con interventi che ten-dono alla ricostituzione del manto vegetale o arboreopreesistente e alla rigenerazione del livello di fertilitàoriginario.

Per ogni tratto di condotta completamente collega-ta e posata, si procede al collaudo idraulico che è ese-guito riempiendo la condotta con acqua (in caso dinotevoli difficoltà a reperire acqua è possibile usarearia o gas) e pressurizzandola al di sopra della pres-sione di esercizio. Le fasi di riempimento e svuota-mento dell’acqua del collaudo idraulico sono esegui-te utilizzando idonei scovoli a tenuta, comunementedenominati pig, che vengono impiegati anche per ope-razioni di pulizia e messa in esercizio della condottae per la verifica dimensionale. Si installano a tal pro-posito degli equipaggiamenti provvisori, chiamati ‘piat-ti di prova’, saldati alle estremità del tratto costruito;

completato il collaudo idraulico, l’acqua è evacuatameccanicamente con l’utilizzo di pig, spinti con ariacompressa, allo scopo di eliminare l’acqua rimastanella condotta, specialmente in corrispondenza deipunti bassi.

Completata l’asportazione dell’acqua residua rima-ne inevitabilmente sulla superficie interna della con-dotta una certa quantità d’acqua in forma di pellicola.Si deve procedere quindi a lavaggio ed essiccamentodella condotta per evitare che il fluido trasportato incor-pori parti di umidità dannose. L’essiccamento avvienecon vari metodi (mediante azoto, aria secca o vuotopneumatico).

La costruzione e la manutenzione di una condottasono normalmente legittimate da una servitù il cui eser-cizio, lasciate inalterate le possibilità di sfruttamentoagricolo dei fondi attraversati, limita la fabbricazionenell’ambito di una fascia di rispetto (asservimento) acavallo della condotta (servitù non aedificandi). I limi-ti di fabbricazione sono in relazione alla categoria diopera e alle normative a cui è sottoposta.

Terminata la fase di realizzazione e di collaudo del-l’opera, la condotta è messa in esercizio. La funzionedi coordinare e controllare le attività riguardanti il tra-sporto degli idrocarburi tramite condotte è affidata aunità organizzative sia centralizzate, sia distribuite sulterritorio. L’attività consiste nel percorrere il tracciatodelle condotte o controllarlo da posizioni idonee perrilevare la regolarità delle condizioni di interramento,la funzionalità e la buona conservazione dei manufat-ti e della segnaletica e le eventuali azioni di terzi chepossano interessare le condotte e le aree di rispetto. Ilcontrollo della condotta può essere eseguito anche conun aereo o un elicottero.

Condotte sottomarinePer la costruzione delle condotte sottomarine, l’am-

biente di posa spesso richiede l’uso di mezzi specifici,le navi posatubi, di notevoli dimensioni e costi; si trattadi vere officine di lavoro galleggianti ove trovano allog-gio anche centinaia di persone, che abitualmente lavo-rano a ciclo continuo sulle 24 ore.

Le attività seguono lo stesso schema funzionale dellecondotte a terra; il maggior numero possibile di attivitàpreparatorie si svolge sulla terraferma e la parte di varoe di eventuale lavoro sul fondo ha una grande importanza(Matteelli et al., 1976). La necessità di evitare sollecita-zioni e deformazioni eccessive che possano compro-mettere l’integrità presente e futura della condotta haportato allo sviluppo di tecnologie e mezzi di posa sem-pre più potenti. I vari sistemi di installazione delle con-dotte sottomarine sono: a) il varo a ‘S’ e a ‘J’; b) la tuba-zione avvolta su tamburo; c) la saldatura in linea; d) ilavori sul fondo; e) il collaudo; f ) la preparazione allamessa in esercizio.



Varo a ‘S’ e a ‘J’Il metodo di posa più usato è il sistema a ‘S’, così

chiamato per la forma tipica che assume la condottalungo la campata di varo (fig. 31). In tale metodo sulpontone della nave, tramite tensionatori e clampe scor-revoli, si applica una forza longitudinale alla tubazio-ne per sostenerla sia ove essa abbandona la rampa divaro sia dove ha il contatto sul fondo. Per acque profon-de e diametri elevati, al fine di garantire l’integrità dellatubazione le forze longitudinali da applicare diventanovia via crescenti; il sistema di ancoraggio e posiziona-mento della nave basato su ancore diventa poco effi-cace e occorrono motori molto potenti (e affidabili) persostenere la condotta.

Per tali motivi in acque molto profonde in questiultimi anni si sta cominciando a utilizzare il metodo diposa a ‘J’, caratterizzato da una rampa di varo quasiverticale. La prima linea di trasporto giacente a oltre2.000 m di profondità nel Mar Nero, formata da duetubazioni di 24 pollici (610 mm) di diametro lunghecirca 350 km ciascuna, è stata realizzata tra il 2000 e il2002 utilizzando una nave per costruzioni marine

(fig. 32) modificata appositamente e munita di una torreper il varo a ‘J’.

Tubazione avvolta su tamburoEsistono varie classi di navi posatubi a seconda della

tipologia di condotta che si vuole realizzare. Per con-dotte di modesto diametro, fino a 14-16 pollici (35,6-40,6 cm), si possono usare tubi già saldati insieme eavvolti su tamburi in un cantiere a terra. Durante la posatali tubi sono svolti dal tamburo, raddrizzati e calati inmare. Su un tamburo si possono avvolgere circa 8-20km di tubazione, a seconda del diametro del tubo. Talesistema di installazione richiede tubi con elevato spes-sore di parete, per sostenere le deformazioni indottedall’avvolgimento-svolgimento e raddrizzatura dellatubazione, e può lasciare residui di deformazione sullacondotta.

Tubazione saldata in lineaLe tubazioni di diametro superiore ai 400 mm non

sono mai avvolte su tamburo e i tratti di tubo sono col-legati tra loro con saldatura eseguita sulla linea di varo.



fig. 30. Esempio di posa di una tubazione: sono visibili sia la trincea sia i tipici mezzi usati per la posa (sideboom) che sostengono la tubazione (per cortesia di R. Bruschi).

Con lo stesso sistema si possono installare anche dia-metri inferiori.

Sul pontone della nave si preparano varie stazioni dilavoro, ognuna specializzata per svolgere una data attività.La saldatura in linea viene suddivisa in più parti, ognunadelle quali è assegnata a una diversa stazione di lavoro. Visono inoltre una o due stazioni per i controlli non distrut-tivi e le riparazioni di eventuali difetti individuati sulle sal-dature. L’ultima stazione è generalmente dedicata al rive-stimento del giunto di saldatura. Per rispettare le aree dilavoro sul ponte di varo, i tubi sono tutti di lunghezza all’in-circa costante e prossima a 12,5 m.

Le tecniche di saldatura sono sostanzialmente ugua-li a quelle usate per le condotte a terra, con l’unica dif-ferenza che le saldature manuali sono eseguite solo percollegare tratti di linea varati in momenti diversi o percollegare pezzi speciali. Se lo spazio sul ponte di varolo consente e i mezzi di sollevamento sono adeguati, siutilizzano doppi giunti. In alcuni casi, per aumentarela produttività, si utilizzano anche giunti quadrupli.

Lavori sul fondoI lavori preparatori del fondo marino sono molto

costosi e si tende a evitarli, anche per mantenere letolleranze di posa all’interno di un corridoio che sia ilpiù ampio possibile. Se in un’area occorre installareuna condotta in un corridoio ristretto generalmente ven-gono posizionati uno o più trasponditori in prossimitàdell’area e sulla condotta. Il rispetto dei vincoli postida un corridoio ristretto può essere difficile e richiederetempi di posa molto lenti; dipende inoltre dalla pro-fondità del mare e dalle condizioni meteomarine che siincontrano.

Le condotte sottomarine di diametro adeguato, abi-tualmente a partire dai 16 pollici (406 mm), sono ada-giate sul fondo del mare senza particolari lavori prepara-tori o successivi alla posa, salvo interventi localizzati permotivi specifici. Per diametri inferiori, si valuta caso percaso se occorre proteggerle (da interferenze con dispo-sitivi di pesca) o meno. Agli ‘approdi’ le condotte sonogeneralmente poste in trincea e ricoperte, nelle altre zonequesto avviene solo quando le analisi ne mostrano lanecessità. Talvolta occorre intervenire su una condottaposata sul fondo del mare. Gli interventi sono fonda-mentalmente di tre tipi: di sostegno, di appesantimentoo di scavo e ricoprimento (v. ancora fig. 27). Gli inter-venti di sostegno si attuano su tratti sospesi con vari meto-di: si può realizzare un supporto con ghiaia o con sac-chi di sabbia o con dispositivi meccanici oppure instal-lare un dispositivo meccanico di sostegno attivo (in grado,tramite dispositivi idraulici, di fornire un supporto allacondotta sollevandola dal punto ove è arrivata con laposa). Gli interventi di appesantimento possono esserecontinui, realizzati scaricando materiale di appesanti-mento sul tubo (ghiaia), o localizzati, realizzati con

sovrappesi (materassi di ghiaia) o con materiale sciolto(ghiaia). Gli interventi di scavo e ricoprimento sono ese-guiti con mezzi specifici, dipendenti dalla natura delfondale, dalla profondità del mare e dalla profonditàrichiesta alla trincea; si realizza lo scavo al di sotto dellatubazione posata sul fondo, che gradatamente vi si ada-gia. Talvolta è necessario ripetere più volte l’operazioneper ottenere la profondità di scavo desiderata: il suc-cessivo ricoprimento è abitualmente eseguito con il mate-riale asportato dalla stessa trincea o con ghiaia se vi sononecessità particolari. I sistemi di realizzazione di taliinterventi sul fondo possono essere molto avanzati, comequando occorre scavare una trincea sotto alla tubazioneoltre i 1.000 m di profondità. Le operazioni di inter-vento, soprattutto con il tubo già posato, sono control-late attentamente, sia per essere sicuri che conseguanolo scopo richiesto, sia per evitare di recare danno allacondotta.

Collaudo e preparazione alla messa in esercizioUna condotta, dopo essere stata posata sul fondo

del mare e una volta eseguiti i lavori di intervento pre-visti con il tubo pieno d’aria, viene riempita di acqua.Con tale operazione si eseguono anche una pulizia e un



punto dicontatto

fondale marino

rampa

fig. 31. Posa in opera di una tubazione a mare.

fig. 32. Nave per costruzioni marine adattata per la posa di condotte con sistema a ‘J’(per cortesia di R. Bruschi).

controllo delle dimensioni della sezione di passaggio, tra-mite appositi strumenti (pig) inseriti nelle condotte permezzo di trappole disposte a monte e a valle della con-dotta. Si esegue quindi una prova di collaudo idraulicodella condotta stessa, sottoponendola a una pressioneinterna che al livello del mare va da circa 1,15 a 1,25 voltela pressione di progetto e che in acque molto profondepuò essere anche notevolmente superiore alla pressionedi progetto. Una volta verificata la tenuta idraulica, si pro-cede allo svuotamento della condotta, tramite un treno dipig e una stazione di compressione dell’aria di potenzasufficiente, e all’asciugatura della linea tramite aria (Haun,1986a, 1986b). Tali operazioni interessano la tubazionenella sua interezza, mentre sui tubi a terra si eseguono lestesse operazioni su tratti più corti, di lunghezza massi-ma pari alla distanza tra due valvole di sezionamento.

7.1.7 Ispezione, manutenzione,riparazione

Le condotte, sia terrestri sia sottomarine, operano in uncontesto che ne comporta il deterioramento nel tempo,per ragioni a volte identificabili in sede di progetto e avolte inaspettate. Pertanto la progettazione di una con-dotta prevede la realizzazione sia di equipaggiamenti siadi programmi di gestione basati sulle ispezioni, viste comegaranzia di funzionalità delle condotte nel tempo.

Queste ispezioni periodiche hanno l’obiettivo di veri-ficare l’integrità strutturale delle condotte e di pianifi-carne eventuali interventi di manutenzione per garanti-re la continuità dell’esercizio e per controllare le even-tuali situazioni anomale che potrebbero verificarsi nelcorso della vita operativa della condotta. Gli alti costi diinvestimento richiedono che il grado di affidabilità del-l’opera sia mantenuto ai più alti livelli per tutta la vitaprevista del sistema. La minimizzazione dei rischi di dan-neggiamento non cessa quindi a seguito della fase di pro-gettazione e di costruzione, ma va perseguita anche duran-te la vita operativa del sistema di trasporto, tramite unprogramma di ispezioni periodiche che permettano diacquisire tutti gli elementi necessari a definire sia lo statodel sistema sia la sua tendenza evolutiva. È evidente cheun’indagine finalizzata alla manutenzione assume valo-re e significato solamente se viene confrontata con lerisultanze di un’analoga indagine svolta in precedenzaal fine di evidenziare le eventuali variazioni.

In generale le ispezioni sono eseguite più frequente-mente nel periodo iniziale e in quello finale della vita pre-vista dell’impianto. All’inizio le ispezioni sono molto rav-vicinate per seguire l’adattamento dell’impianto all’am-biente, mentre in seguito diventano più frequenti solo quandole rotture dovute a usura si sommano a quelle casuali.

Un approccio relativamente nuovo (detto RBI, RiskBased Inspection), ancora in via di sviluppo, è la

pianificazione delle ispezioni basata sul rischio che simanifesti una certa criticità. Questo metodo consente distabilire le strategie di ispezione delle condotte sulla basedi principi di rischio, all’interno dei quali il ruolo gioca-to dalle ispezioni è principalmente focalizzato sulla ridu-zione del pericolo di danneggiamento. Il rischio associa-to a un componente è il prodotto della sua probabilità diguasto per le conseguenze di tale evenienza. Il piano d’i-spezione basato sull’approccio RBI utilizza la valutazio-ne del rischio legato alla incolumità delle persone, aldanno ambientale e al danno economico come base perdecidere dove ispezionare, cosa ispezionare, come ispe-zionare e quando ispezionare (Bjørnøy et al., 2001).

L’approccio generale tipico del programma di ispe-zione/manutenzione consiste nei seguenti punti princi-pali: a) un programma di ispezione basato su un effi-ciente (per metodi di ispezione ed equipaggiamenti) siste-ma di acquisizione dati; b) un sistema automatico per lamemorizzazione dei dati e la loro elaborazione; c) unprocesso decisionale per l’esecuzione degli interventi;d) un programma di manutenzione. Per una scelta preli-minare dei metodi di ispezione utilizzabili vanno presiin considerazione i dati storici disponibili sulle linee esi-stenti integrati con i dati statistici relativi alle cause piùprobabili di danneggiamento delle condotte; infatti un’a-deguata comprensione dei possibili meccanismi di dannorelativi a una data condotta e della loro importanza inrelazione alle possibili conseguenze è fondamentale perstabilire un corretto programma di ispezione e per sce-gliere gli strumenti più idonei.

Una condotta in esercizio può degradarsi a causa del-l’interazione con il fluido trasportato e con l’ambienteesterno, e il rischio di rottura aumenta con l’età. Inoltrela statistica mostra che, per le condotte di trasporto digas e olio, le maggiori cause di incidenti che hanno pro-vocato perdite di fluido sono state identificate in: a) dan-no causato da forze esterne; b) difetti del materiale e dicostruzione; c) corrosione/erosione dovuta al tipo di flui-do trasportato o all’ambiente esterno; d) inefficienzadella protezione catodica; e) movimenti del terreno. Nelcaso delle linee posate da molto tempo, per le quali, però,non esiste un’adeguata documentazione di progetto, ènecessario effettuare la valutazione dello stato attualedella rete con individuazione della posizione planime-trica, dello stato e dello spessore del ricoprimento, delladefinizione delle aree rese pericolose dalla possibilità difrane e di fenomeni di erosione del terreno e dalla pre-senza di corpi estranei.

Durante l’impostazione di un programma di indaginidi manutenzione vi è sempre una ricerca dei dati di tipoqualitativo (dati visivi) e quantitativo (dati strumentali) suglielementi del sistema ritenuti fondamentali. Più precisa-mente dovranno essere valutati nel dettaglio le caratteri-stiche generali della condotta, i pezzi speciali, gli inter-venti di stabilizzazione, le campate, i danni alla condotta,



la presenza di oggetti pericolosi, le situazioni significati-ve. Tra queste ultime vanno citati sicuramente i casi di attra-versamenti di altre condotte, di cavi telefonici e/o elettrici.

Questi dati devono essere forniti anche alla compagniache segue i lavori; se essi non sono disponibili, l’indagineda svolgere ha anche lo scopo di creare il percorso di rife-rimento per eventuali indagini future, cercando di racco-gliere nella maniera più precisa possibile tutte le infor-mazioni e prestando particolare attenzione a quelle chedifficilmente si modificheranno nel tempo. In base aglielementi a disposizione si procederà alla definizione delpercorso base interpolando i dati tra punti di riferimentonoti oppure semplicemente tra i punti iniziali e finali dellacondotta. Tanto più preciso sarà il percorso, tanto più facil-mente potranno essere controllati eventuali aspetti critici,per esempio la lunghezza e l’altezza delle campate, in pre-visione di un’eventuale azione di manutenzione.

Tecniche di ispezione esterna a terraLa condotta viene normalmente individuata attra-

verso un’opportuna segnaletica infissa nel terreno in cor-rispondenza dell’asse longitudinale della tubazione. Nelcaso in cui la segnaletica sia carente o non affidabile, acausa di interventi successivi alla posa della tubazione,si deve procedere alla sua localizzazione. L’individua-zione dell’esatta ubicazione della condotta viene fattamediante squadre topografiche munite di strumentazio-ne e dispositivi GPS (Global Positioning System) o effet-tuando una campagna di rilievi topografici tradizionale.La definizione della posizione planimetrica e la deter-minazione della profondità d’intervento della condottasono quindi definite con i metodi sopra citati vincolan-do i dati del rilievo a una rete geodetica di inquadramentiappositamente definiti.

Durante l’ispezione del tracciato vengono evidenzia-te le aree a rischio geologico, per esempio le zone sog-gette a fenomeni di frane e di erosione del terreno, chepertanto verranno controllate e incluse in un piano di manu-tenzione e monitoraggio (fig. 33). Eventuali movimentifranosi del terreno possono infatti essere causa di solleci-tazioni sulla condotta, fino a provocarne, in alcuni casi,anche la rottura. Pertanto, se si manifestano segnali di pro-babile formazione franosa, quali per esempio crepe insuperficie o rigonfiamenti del terreno, o se si attraversa-no aree collinari a mezza costa, è indispensabile eseguirerilevamenti periodici atti a definire l’entità degli sposta-menti del terreno e la loro velocità di avanzamento.

Le erosioni del terreno, di varia natura, possono pro-vocare la riduzione della copertura della tubazione e addi-rittura il suo scoprimento, con tutti i rischi che ne deri-vano. È necessario quindi un periodico controllo sullacondotta, soprattutto a seguito di allagamenti per allu-vioni, ma anche sui corsi d’acqua a carattere torrentizioche la incrociano. Quando si evidenziano fenomeni dierosione superficiale, è possibile intervenire realizzando

palizzate, fascinate, canalette di raccolta e convoglia-mento delle acque superficiali, ecc.; quando invece ènecessario contenere l’erosione dei corsi d’acqua, si pos-sono utilizzare gabbionate, briglie, scogliere, muri in cal-cestruzzo, ecc.

Non meno importante è l’impostazione di un censi-mento delle zone abitate utilizzando strisciate planime-triche in scala 1:25.000, individuando le zone edificateo di espansione edilizia vicine alla condotta. Bisognainoltre verificare le previsioni di sviluppo edilizio pro-grammate per una stima della popolazione prevista neisuccessivi cinque anni. Esaminando le planimetrie inscala 1:25.000, le immagini delle foto aeree disponibilie i dati censuari degli abitanti, può emergere che alcunitratti di condotta sono difformi anche solo potenzial-mente alle prescrizioni di legge. Questi tratti vengonoevidenziati al fine di individuare gli interventi atti a ripor-tare la situazione a norma.

Il rilevamento con cercatubi può per esempio indi-care tratti di condotta con profondità di interramentoinferiore alla normativa vigente. Questi casi vengonorisolti con ricariche di terreno o ricorrendo alla prote-zione meccanica della condotta. Generalmente, comun-que, è buona norma ridurre al minimo le attività di inter-vento eseguite in prossimità della condotta. Infatti gliscavi o i movimenti di terra sono potenzialmente moltopericolosi, in particolare le attività agricole presenti nel-l’area in esame; infatti, a seconda della coltura pratica-ta, possono essere eseguiti scassi con aratri che rag-giungono profondità dell’ordine dei 60-80 cm ed ecce-zionalmente 90-100 cm. Unica soluzione a questa fontedi pericolo è la vigilanza attenta affinché lavori perico-losi per la condotta non vengano eseguiti o vengano svol-ti sotto supervisione.

Tecniche di ispezione esterna per condotte sottomarine

Nell’impostazione di un’attività di indagine di manu-tenzione in mare gli elementi principali sono la profon-dità delle acque e la distanza dalla costa; pertanto ven-gono in questo modo a distinguersi due tipologie diindagine: in acque basse (shallow water) e in mare aper-to (offshore). Le ispezioni nelle acque basse, compre-se tra la battigia e una profondità massima fino a 15-20 m, necessitano di piccole imbarcazioni a limitatopescaggio e con una tipologia di strumentazione pre-valentemente al traino (Anselmi et al., 1990). Le aree off-shore, invece, comprese tra una profondità di 15-20 m e un massimo di circa 800 m e solitamente distantidalla costa, necessitano di mezzi navali forniti di par-ticolari attrezzature, quali per esempio mezzi subac-quei a controllo remoto (ROV, Remotely Operated Ve-hicle) in grado di operare continuativamente nell’arcodelle 24 ore anche in condizioni meteorologiche estre-me (fig. 34).



Gli obiettivi di una indagine di manutenzione di unacondotta sottomarina generalmente sono: a) la determi-nazione della posizione planimetrica; b) la determina-zione del profilo tubo/fondale; c) il controllo dello statodi ricoprimento; d) la determinazione delle condizioniesterne del rivestimento di consolidamento (con evi-denziazione di eventuali danni), dello stato degli inter-venti di stabilizzazione presenti e dello stato della pro-tezione catodica; e) l’identificazione di oggetti perico-losi in prossimità della condotta.

Nella programmazione di un’indagine in mare unaspetto determinante è il confronto tra le differenti inda-gini di acquisizione ed elaborazione dei dati eseguite intempi diversi. Per ottenere tale condizione di confronto,è richiesta la maggior quantità possibile di informazio-ni sulle caratteristiche generali della condotta e dell’a-rea scelta per la sua posa, nonché sui dati delle opera-zioni di posa e stabilizzazione sul fondo della condotta.Qualora tali informazioni siano disponibili solo parzial-mente, è necessario eseguire un’indagine iniziale atta afornire le informazioni mancanti le quali, insieme a quel-le già a disposizione, costituiranno i dati di confronto(Cherubini et al., 2001).

Una delle difficoltà delle misure in mare è la neces-sità di determinare con precisione e ripetibilità la posi-zione geografica in cui è avvenuta tale misura. A talescopo generalmente vengono adottati due tipi di posi-zionamento: uno di tipo assoluto e l’altro di tipo relati-vo. Solitamente in un’indagine di manutenzione occorreconoscere i parametri di interesse riportati rispetto allaposizione chilometrica progressiva (posizionamento rela-tivo). La posizione assoluta, invece, è indispensabile pertutte le necessità connesse all’ubicazione delle strutturein un contesto più ampio, come per esempio la cartogra-fia per ottenere permessi di lavoro, il trasferimento datia organismi predisposti oppure la correlazione tra le misu-re svolte e la cartografia nazionale (Iovenitti et al., 1994).

Tecniche di ispezione internaL’ispezione interna della condotta viene eseguita attra-

verso l’utilizzo di speciali attrezzature denominate pig;questo termine si riferisce a ogni strumento che possaessere inserito in una condotta e spinto dal fluido tra-sportato (fig. 35). I pig sono utilizzati per raccogliereinformazioni sulle condizioni e sulla configurazione deltracciato della linea, sulla presenza di difetti nella con-dotta e sulla sua geometria.

I pig ‘intelligenti’ sono particolarmente indicati nelcampo delle condotte interrate nel fondo marino, per lequali l’ispezione visiva, o effettuata con metodi nondistruttivi convenzionali, non è possibile. L’ispezioneinterna è un’attività molto importante ai fini della valu-tazione dell’integrità strutturale e della quantificazionedel rischio di rottura. Essa consente infatti di rilevare,identificare, localizzare e dimensionare correttamenteuna serie di difetti e/o anomalie, quali ammaccature,deformazioni (buckle), ovalizzazioni, intagli, aree di cor-rosione generalizzata (interne ed esterne), difetti di sal-datura, cricche (da stress corrosion, da idrogeno, da fati-ca) e difetti di laminazione. Nel caso di linee posate damolto tempo, per le quali non esista un’adeguata docu-mentazione di progetto, o per verificare eventuali spo-stamenti incontrollati delle linee posate in trincea, è inol-tre necessario disporre di strumenti che consentano diverificare la geometria dell’asse della linea, individuan-do curve e cambi di direzione.

Allo stadio attuale di sviluppo della tecnologia perl’ispezione in linea, non è possibile rilevare, discrimi-nare e dimensionare accuratamente tutti i possibili difet-ti utilizzando un solo tipo di pig. Nessuna delle tecni-che di controllo non distruttivo disponibili è infatti adat-ta per tutte le categorie di difetti. Esistono diversi tipidi veicoli, intelligenti o semi-intelligenti, che com-prendono: a) pig calibratori (caliper pigs), per ottene-re dettagli del profilo della parete interna, inclusa laovalizzazione. Sono raccomandati per la rilevazione didifetti geometrici/meccanici; b) pig magnetici (MFL,Magnetic Flux Leakage) e pig a ultrasuoni (UT, Ultra-sonic Test), per difetti del tipo metal loss; c) pig per larilevazione di fessure (cricche); d) pig per identificarefalle e crepe; e) pig dotati di dispositivi GSM e iner-ziali per la rilevazione delle caratteristiche geometri-che del tracciato della linea.

In aree di instabilità del terreno di posa è importan-te rilevare se e quando una linea subisce movimenti talida indurre sforzi eccessivi. I movimenti possono esserecausati da fenomeni sismici, fenomeni di subsidenza,correnti ed erosioni del fondale. Per un esercizio sicuroe affidabile delle condotte nelle aree a pericolo di insta-bilità è indispensabile sorvegliare i movimenti della lineae, qualora sia registrata una riduzione nei margini di sicu-rezza, valutare la sua integrità strutturale allo scopo didefinire gli interventi opportuni. Naturalmente occorre



1

1�2�3 4�5�6

2 3 4 5 6

condotta

scanner

modem computer

ponte radio

cavo

stazioni estensimetriche

fig. 33. Sistema di supporto per la gestione e il monitoraggio delle condotte nelle zone a pericolo di frane.

verificare la possibilità di ispezionare la linea, quindidevono essere fatti accertamenti sulla geometria dellelinee, per garantire il passaggio del pig, sulla presenzadelle trappole di lancio e ricevimento e infine sulle con-dizioni operative, per garantirne la compatibilità con irequisiti dell’ispezione. La scelta del tipo di pig per l’i-spezione deve tener conto delle peculiarità della linea,in particolare se questa è caratterizzata da notevoli varia-zioni dello spessore luntgo il tracciato e dalle caratteri-stiche dei fluidi di processo.

Nel caso di pig magnetico, la tipologia più impiega-ta è sicuramente quella ad alta risoluzione. I pig MFL ditipo convenzionale sono infatti più adatti per un’indagi-ne iniziale delle linee sulle quali ci si attenda un nume-ro molto elevato di difetti. Una notevole variazione dispessore potrebbe costituire un problema nel caso siimpieghi un pig magnetico, in quanto la piena funzio-nalità del sistema e quindi l’affidabilità dell’ispezionesono legate alla possibilità di un’adeguata magnetizza-zione della parete. L’impiego della tecnica ispettiva ultra-sonora permette invece la misura diretta dello spessoreresiduo del tubo e delle possibili variazioni di spesso-re causate da eventuali fenomeni corrosivi. Occorretuttavia considerare che il pig UT risulta notevolmen-te sensibile rispetto allo stato superficiale della pare-te, per cui è indispensabile effettuare un’accurata puli-zia preventiva. La scelta del tipo di strumento da impie-gare si basa, pertanto, su un’attenta valutazione delle

possibili problematiche di impiego, da effettuarsi anchein collaborazione con le compagnie che svolgono que-sto specifico servizio (Palmer e King, 2004).

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fig. 34. Ispezione di condotta sottomarina con ROV.

fig. 35. Ispezione di condotta con pig (per cortesia di R. Bruschi).

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