Una condotta sottomarina è una condotta che viene posata sotto la superficie del mare, pertanto il piano di posa della tubazione è il fondo marino.
L'impiego di condotte sottomarine interessa ormai le più svariate applicazioni ingegneristiche, e stanno trovando grande sviluppo soprattutto nel campo degli oleogasdotti per l'utilizzazione di giacimenti offshore ma anche nel campo idraulico ad esempio: per la realizzazione di acquedotti per l'alimentazione idrico potabile delle isole; per la realizzazione delle tratte a mare degli emissari effluenti dagli impianti di depurazione; per le realizzazioni di varianti di tracciati sulle litoranee per le zone fortemente popolate. Con le moderne tecnologie le condotte sottomarine possono essere realizzate sia in acque convenzionali, cioè tratti di mare con profondità ≤ 500 m, sia in acque profonde (h > 500 m).
Tipologia di tubazioni Il materiale maggiormente utilizzato per le condotte sottomarine è l'acciaio. L'acciaio ha il pregio di avere un peso specifico notevole e di garantire una buona resistenza al traino ma è notevolmente sensibile alla corrosione.
Pertanto, per garantire la durabilità di questo materiale, intendendosi con essa l'assenza di perdite di resistenza meccanica legate a decadimento chimico nel tempo del materiale, è necessario dotare la condotta di acciaio di un efficiente sistema di protezione catodica tramite anodo sacrificale.
Rispetto alle tubazioni utilizzate per la posa in terra, quelle per condotte sottomarine, a causa delle pressioni esterne e delle sollecitazioni flessionali in fase di posa devono essere realizzate con acciai dotati di elevate resistenze meccaniche (tipo API 5L classe X65 ed oltre).
Per l'immissione in mare di acque reflue depurate sono frequentemente utilizzati oltre l'acciaio anche la ghisa, i materiali plastici (es. il polietilene ad alta densità (PEAD), il poliestere rinforzato con fibra di vetro (PRFV)) e quelli cementizi. I materiali pastici hanno una buona resistenza alla corrosione, sono molto flessibili (idonee per terreni rocciosi) e sono facilmente trasportabili grazie al loro basso peso specifico.
Di contro devono essere appesantite e hanno una scarsa resistenza all'abrasione. Le condotte cementizie, come quelle in acciaio sono pesanti e garantiscono una buona resistenza all'abrasione ma hanno il problema della giunzione tra i vari tubi e della sensibilità alla corrosione delle armature. Le condotte in ghisa hanno gli stessi pregi e difetti di quelle in acciaio con l'aggiunta dei problemi riguardante le giunzioni fra i vari tubi.
Metodi di Varo I metodi correntemente impiegati per la posa di condotte sottomarine, specialmente se realizzate in acciaio, possono essere classificati in quattro grandi categorie: per galleggiamento, per svolgimento di bobine, con nave posa-tubi, per trascinamento. La scelta della tecnica di varo è funzione della natura del fondo marino, dell'eventuale presenza di correnti, delle caratteristiche geometriche e della tipologia della condotta, dei mezzi a disposizione nel cantiere di varo.
Il fondo marino, che rappresenta il piano di posa della tubazione, può essere regolarizzato mediante dragaggio per evitare curvature nelle tubazioni che diano luogo a sollecitazioni permanenti non previste.
Varo in galleggiamento Con il floating method o metodo di posa per galleggiamento viene utilizzato per tubazioni rigide quando lo spazio a terra è molto ridotto.
Le varie colonne di varo (denominate stringhe) costituenti la condotta vengono giuntate e posate direttamente in mare su un natante appositamente attrezzato.
Le varie stringhe vengono approntate a terra in cantiere, con lunghezza compatibile con la capacità del natante di varo. La prima stringa ad essere varata è quella dell'estremità prossima alla terra.
Il tratto di condotta già varato, cioè quello più prossimo alla costa, poggia quasi totalmente sul fondo marino, eccetto l'ultima parte che è mantenuta in semigalleggiamento con l'estremità sul natante dove avvengono le giunzioni delle varie colonne di varo.
La curvatura della condotta in semigalleggiamento deve essere tale da non stressare troppo il materiale.
Durante l'operazione di varo delle varie colonne, il pontone si sposta lungo il tracciato da riva verso il largo.
Per piccole linee a bassa pressione e in bassi fondali l'accoppiamento delle colonne, anziché in superficie, può essere eseguito direttamente sul fondo da sommozzatori specializzati mediante giunti meccanici.
Per tubazioni con giunto a bicchiere (es. vetroresina) la giunzione deve essere eseguita sul fondo dai sommozzatori. In questo caso, una volta che la stringa è stata allineata e centrata con quelle precedentemente varata, i sommozzatori procederanno all'attivazione di opportuni martinetti idraulici o “tir-fort” in grado di eseguire la connessione maschio-femmina dei giunti.
Questo metodo è indicato, in special modo, dove esistono delle condizioni ambientali molto severe o non vi è disponibilità di retrospiaggia utilizzabile per l'allestimento del cantiere a terra.
Varo per svolgimento di bobine Il reeled pipe method o metodo di posa per svolgimento di bobine può essere usato solo per tubi flessibili (es. PEAD) di piccolo diametro (inferiori al DN 300) e non può essere prevista l'apposizione di rivestimenti cementizi.
I tubi giuntati a terra vengono avvolti in grosse bobine e quindi calati da una nave appositamente attrezzata (nave bobina o reel barge), grosso modo con la stessa tecnica di posa di cavi elettrici e telefonici.
Varo con nave posatubi Il lay barge method o metodo di posa con nave posatubi (lay barge) è il metodo più comune per l'installazione di condotte sottomarine di notevole valore ed importanza su fondali profondi.
Viene usato per la posa di lunghe tratte in mare aperto e prevede la saldatura delle singole colonne direttamente sulla nave posa tubi.
La nave posatubi deve avere una dimensione tale da consentire lo stivaggio di una sufficiente quantità di tubazioni e da permettere l'installazione delle attrezzature occorrenti per le giunzione dei vari tubi.
Man mano che i tubi vengono giuntati la condotta abbandona la nave che in contemporanea avanza lungo il tracciato.
Le operazioni di posa devono essere assistite da squadre di operatori subacquei o da minisommergibili con o senza equipaggio. Il sistema lay barge adottano due sistemi differenti di posa denominati: posa a S o lay S; posa a J o lay J. La scelta dei due metodi è legata alla profondità dei fondali di posa, poiché il tratto finale della condotta già varata viene sottoposto ad una curvatura e, quindi, ad una sollecitazione, notevole.
Lay S
Questo metodo lay barge può essere utilizzato sia per la posa di condotte di piccolo diametro in acque poco profonde o anche in acque profonde fino a 3.000 m.
La nave posa tubi è munita di un braccio orientabile o rampa di varo (stinger) che permette il sostentamento della condotta durante il varo e che fa assumere a questa una curvatura ad S durante le procedure di posa.
Le barre di tubo (da 12 m) vengono portate da mezzi navali rifornitori a bordo della nave posa tubi e scaricate dalla gru di ponte di quest'ultima.
Le barre alimentano una rampa fissa formata da una via a rulli al servizio della quale sono poste un determinato numero di stazioni di lavoro (da 5 a 12) costituite principalmente da: stazioni di saldatura stazioni di controllo delle saldature stazione di ripresa del rivestimento. Le varie stazioni sono distanti tra loro la lunghezza di una barra (circa 12 m).
Le barre di tubo vengono saldate orizzontalmente a gruppi di 2 (double joints) e successivamente saldate alla condotta già varata.
Raggiunta la rampa di varo, che sostiene la tubazione durante il varo, vengono progressivamente adagiate, senza soluzione di continuità, sul fondo del mare all'avanzare della piattaforma.
Lo stringer di sostegno ha la funzione di far assumere alla condotta, nell'entrata in acqua, una curvatura iniziale predefinita (overbend) tale da far sì che questa rientri in limiti compatibili con la resistenza meccanica della condotta.
Lay J
Il metodo lay J viene utilizzato per la posa di condotte sottomarine di grande diametro in acque con profondità pari a 500 ed i 3500 m.
A differenza del precedente la rampa di varo e quasi verticale e pertanto la conduttura viene saldata in verticale e varata in mare senza strutture di supporto.
Venendo a mancare la curvatura iniziale la condotta, durante le procedure di posa, è libera di assumere una configurazione naturale assumendo una deformata a J.
Le barre di tubo, da 12 m vengono saldate, in gruppi di 4 (quadruple joint), e successivamente vengono portate da mezzi navali rifornitori a bordo della nave posa tubi e scaricate dalla gru di ponte di quest'ultima.
Sulla piattaforma mobile è presente una torre di saldatura subverticale dove i tubi vengono trasportati per essere saldati alla condotta già varata.
Una volta ripristinato il rivestimento esterno in corrispondenza delle saldature il tubo viene calato dalla torre di saldatura attraverso un'apertura nella piattaforma mobile direttamente sul fondo del mare.
Man mano che i tubi vengono saldati la piattaforma si sposta posando la conduttura senza soluzione di continuità.
Questo metodo è più costoso del lay S.
Varo per tiro sul fondo Il pull method, o metodo di posa per trascinamento o tiro sul fondo, prevede l'installazione di un cantiere a terra, in un'area adiacente alla costa, ove si provvede all'assemblaggio delle tratte di tubazione (stringhe o colonne di varo), della maggiore lunghezza possibile consentita dalle dimensioni del cantiere.
In corrispondenza della testata della prima stringa viene saldato un cavo di acciaio, collegato ad un argano, disposto in genere su di un pontone (winch barge) ancorato al largo in corrispondenza della sezione di installazione, avente la funzione di effettuare il tiro della colonna.
Sono stati usati con successo anche sistemi di rinvio a terra, ancorati a mare.
Le colonne vengono fatte scivolare lungo la pista di varo consistente in una serie di cavalletti a rulli (via a rulli) Quando la sezione terminale della prima stringa raggiunge la stazione di giunzione posta sulla spiaggia, il tiro si arresta.
Effettuata a terra la giunzione tra prima e seconda colonna si riprendono le operazioni di tiro.
L'operazione continua così ciclicamente fino a completamento della condotta.
Qualora fosse necessario spostare il pontone, questo viene trainato più al largo da un rimorchiatore e raggiunto il punto prestabilito viene nuovamente ancorato e solo successivamente potranno riprendere le operazioni di varo.
L'allineamento delle colonne viene controllato a mezzo di apparecchiatura laser posta sul pontone o a terra.
le tubazioni possono essere varate. vuote - le testate delle colonne di varo sono chiuse: bottom pull: consiste nel trainare sul fondo tratti di condotta precedentemente assemblati on-shore. Questa tipologia di varo è idonea per brevi condotte essendo infatti il problema principale di questo metodo la resistenza del fondo; piene alleggerite: surface tow: consiste nel rimorchiare in superficie tratti di condotta precedentemente assemblati on-shore. Il galleggiamento in superficie è garantito dalla presenza di galleggianti. Tale metodo permette di non risentire della resistenza del fondo. near surface tow: è essenzialmente identica alla precedente, con la sola differenza che il tratto pre-assemblato è rimorchiato fino al luogo di installazione al di sotto del pelo libero dell'acqua, meno influenzato così dalle azioni combinate di onda, vento e corrente. Questo metodo è normalmente usato per condotte sottomarine piuttosto corte, sebbene ci siano eccezioni a questa regola.