Podczas gdy inżynieria telekomunikacyjna zazwyczaj priorytetyzuje przepustowość sieci, pasmo i straty optyczne, ostateczne przetrwanie warstwy fizycznej zależy od stabilności geotechnicznej. Dla właścicieli sieci budujących wielodziesięcioletnie aktywa infrastrukturalne, głównym zagrożeniem nie jest zaskakująco przepustowość. Zamiast tego, jest to mechaniczna zmienność „Strefy Aktywnej”, czyli górnej warstwy gleby podlegającej intensywnym sezonowym wahaniom wilgotności.
Budując krytyczną infrastrukturę sieciową, taką jak trasy szkieletowe, gdzie każda awaria może mieć niezwykle poważne konsekwencje, rozsądnie jest wziąć pod uwagę zdolność kabli światłowodowych do wytrzymywania warunków gruntowych.
W wielu regionach świata gleba zachowuje się jak dynamiczna maszyna, wywierając wielokierunkowe siły, które mogą z łatwością przekroczyć fizyczne tolerancje standardowych kabli światłowodowych. Aby zmniejszyć to ryzyko, rozsądni właściciele sieci przechodzą na specjalistyczne systemy o wysokiej wytrzymałości, takie jak konstrukcje wysokiej wytrzymałości ScaleFibre, aby zapewnić ochronę aktywów.
Geotechnika gleb „reaktywnych”
Głównym antagonistą mechanicznym dla zakopanej infrastruktury jest rodzaj gleby znany jako Vertosole, powszechnie nazywany „czarnymi glebami”. Charakteryzują się one wysokim stężeniem pęczniejących minerałów ilastych, które przechodzą dramatyczne zmiany objętościowe podczas cykli nawadniania i wysuszania.
Co dzieje się w glebie?
Zachowanie Vertosolu jest dyktowane jego składem mineralogicznym, a konkretnie obecnością specyficznych minerałów. Minerały te charakteryzują się strukturą sieciową 2:1 — w zasadzie mikroskopijną molekularną „kanapką” z różnych warstw gliny.
Wiązania między tymi warstwami są stosunkowo słabe. Podczas hydratacji cząsteczki wody są wciągane do przestrzeni międzywarstwowej (między warstwami), rozpychając warstwy. W skali makroskopowej, to molekularne rozszerzanie powoduje gwałtowny wzrost objętości gleby, generując ogromne ciśnienie pęcznienia. Z drugiej strony, w okresach suchych utrata wody powoduje zapadanie się struktury, co skutkuje skurczem gleby i tworzeniem się głębokich szczelin lub „pęknięć skurczowych”, które mogą rozciągać się na kilka metrów w głąb podglebia.
Globalne obszary zagrożone
Te geologicznie niestabilne strefy są strategicznie ważne i szeroko rozpowszechnione. Ruchome, pęczniejące gleby stanowią wyzwanie na całym świecie. Bez wątpienia widzieliście to w budynkach, gdzie pękają ściany, a fundamenty przesuwają się z powodu ruchu gruntu. Problematyczne gleby występują w wielu miejscach, ale niektóre konkretne regiony są dobrze znane.
Ameryka Północna
Wiele regionów charakteryzuje się ruchomymi glebami, w tym osławiona „Houston Black”, dominująca w korytarzu Teksasu. Gleby te są znane z wysokiego Współczynnika Rozszerzalności Liniowej (COLE), często podnosząc fundamenty i ścinając rury z siłą wystarczającą do rozerwania tradycyjnych rurociągów. Co roku dochodzi do ogromnych szkód w wyniku ekspansywnych gleb „Houston Black”.
Europa
W hiszpańskim regionie Estremadura, na obszarze znanym jako Tierra de Barros, Vertosole pelliczne ulegają ekstremalnemu osiadaniu. W Wielkiej Brytanii, iły Grupy Lias stanowią strefy wysokiego ryzyka dla uszkodzeń ścinających wywołanych osuwiskami i awarii infrastruktury, często wzdłuż powszechnie używanych pasów drogowych. W rzeczywistości, w Wielkiej Brytanii, gleby ekspansywne są zagrożeniem gruntowym numer 1 i mogą ścinać kable i inną infrastrukturę, powodując rozległe awarie, wycieki i pęknięcia.
Australia
Zawierając najbardziej zróżnicowany zakres pękających glin na świecie, australijskie Vertosole tworzą głębokie szczeliny powierzchniowe, które umożliwiają szybkie wnikanie wody do podglebia, wywołując zlokalizowane, gwałtowne pęcznienie, które może znacznie przemieszczać zakopane kable w ciągu jednego sezonu. Operatorzy telekomunikacyjni w całej Australii co roku mierzą się z ogromnymi wyzwaniami ze strony tych gleb w wielu regionach kraju. W niektórych przypadkach czarne gleby przesuwają się tak bardzo, że tworzą ogromne rozpadliny w ziemi.
Tryby awarii zakopanych kabli światłowodowych
Ruch geotechniczny atakuje zakopany obiekt za pomocą trzech różnych naprężeń mechanicznych. Standardowy kabel ostatecznie osiągnie swoją granicę sprężystości poprzez jedno lub więcej z nich i ulegnie awarii.
1. Odkształcenie podłużne (rozciąganie)
W miarę wysychania gleby, kurcząca się ziemia wywiera duże tarcie na płaszcz kabla, ciągnąc go z obu końców. Większość światłowodów ma maksymalną tolerancję na odkształcenie wynoszącą około 0,2% zanim straty mikro-zgięciowe osłabią sygnał lub makro-zgięcie doprowadzi do pęknięcia szkła.
2. Zgniecenie promieniowe (ciśnienie pęcznienia)
Ponowne nawodnienie wywołuje szybki wzrost objętości, co skutkuje promieniowym obciążeniem zgniatającym. To ciśnienie pęcznienia może wywierać ogromne siły na płaszcz kabla, działając jak hydrauliczne imadło. Standardowe kable z minimalnym płaszczem oferują niewielki opór, pozwalając na deformację tub buforowych i dociskanie włókien do ścian tub, co indukuje wysokie tłumienie.
3. Osiowe ściskanie (wyboczenie)
Jest to najbardziej krytyczny i niedostatecznie rozważany tryb awarii w środowiskach ekspansywnych. Kiedy gleba pęcznieje, często pcha osiowo wzdłuż kabla w kierunku bardziej stabilnych punktów. Wiele kabli posiada ograniczone elementy wzmacniające, głównie przeznaczone do ciągnięcia podczas instalacji. Niektóre są wzmocnione przędzami aramidowymi (takimi jak Kevlar), które oferują doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, ale zerową wytrzymałość na ściskanie. Są to w zasadzie liny, które wiotczeją pod ciśnieniem.
Pod obciążeniami osiowymi, standardowe kable wyginają się i załamują. To zmusza włókna szklane do promienia zgięcia mniejszego niż 30 mm, powodując katastrofalne straty optyczne lub całkowite fizyczne uszkodzenie.
Rozwiązanie Inżynierskie
Stosowanie tradycyjnych „zwykłych” kabli w czarnych lub pęczniejących glebach często prowadzi do problemów. Kable te po prostu nie są zaprojektowane do radzenia sobie z siłami, jakie wywierają na nie czarne gleby, i dlatego szybko ulegają awarii nawet po umiarkowanych zmianach w gruncie. ScaleFibre zaprojektowało swoje portfolio kabli o wysokiej wytrzymałości, aby zapewnić dodatkową siłę, która łatwiej opiera się siłom środowiskowym niż standardowe kable światłowodowe. Istnieją dwa szerokie projekty – kabel światłowodowy o wysokiej wytrzymałości z pojedynczą powłoką bez zbrojenia (o wytrzymałości na rozciąganie 6kN) oraz kabel światłowodowy o wysokiej wytrzymałości z niemetalicznym zbrojeniem (o wytrzymałości 20kN). Ten pierwszy zapewnia około trzykrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż tradycyjny kabel luźnotubowy, podczas gdy ten drugi zapewnia około dziesięciokrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie (oraz znacznie zwiększa odporność kabla na uszkodzenia spowodowane przez gryzonie).
Poziom 1: Wysoka wytrzymałość (6kN)
Poziom kabli o wysokiej wytrzymałości 6kN stanowi znaczące ulepszenie w stosunku do standardowego w branży limitu rozciągania 2kN, zaprojektowanego specjalnie do obsługi zwiększonych obciążeń instalacyjnych i środowiskowych. Ta konstrukcja kabla wykorzystuje specjalistyczną powłokę polietylenową (PE) z zastrzeżonymi ulepszeniami, które drastycznie zwiększają jego odporność mechaniczną bez potrzeby stosowania dodatkowych warstw. Przy zachowaniu opływowego profilu, ta konstrukcja skupia się na maksymalizacji wytrzymałości kabla na rozciąganie i zgniatanie, zapewniając wysoką trwałość w strukturze z pojedynczą powłoką. Czyni to go wydajnym wyborem do tego typu instalacji o wysokim obciążeniu, gdzie standardowe kable są niewystarczające.
Kabel ten nie posiada zbrojenia, a zatem jego odporność na gryzonie jest taka sama jak tradycyjnych kabli bez zbrojenia.
Wytrzymały zewnętrzny kabel światłowodowy w luźnej tubie
Wytrzymała, elastyczna luźna tuba do krytycznych tras sieciowych, zaprojektowana z myślą o odporności w miejscach, gdzie ruch gruntu lub trudne warunki zagrażają ciągłości usług.
Zobacz szczegóły produktuPoziom 2: Wysoka wytrzymałość NMA (20kN)
Konstrukcja o wysokiej wytrzymałości z niemetalicznym zbrojeniem posuwa ochronę kabli jeszcze dalej. Idealna dla krytycznych kabli w środowiskach glebowych wysokiego ryzyka, ta wersja wykorzystuje lite pręty z pultrudowanego FRP (tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem). Różni się to od bardziej powszechnych zbrojeń w stylu przędzy szklanej i ma dodatkową zaletę, jaką jest zapewnienie znacznej sztywności strukturalnej. Zapewnia znacznie większą ochronę przed gryzoniami i innymi podobnymi uszkodzeniami, ponieważ pręty FRP są grubsze, mocniejsze i zapewniają większe pokrycie niż „zbrojenia” w stylu przędzy.
| Metryka mechaniczna | Przędze szklane (standard) | Lite pręty FRP (ScaleFibre NMA) |
|---|---|---|
| Profil fizyczny | Elastyczny (jak lina) | Sztywny (jak belka) |
| Wytrzymałość na ściskanie osiowe | Znikoma (podatny na wyboczenie) | Wysoka (wytrzymałość kolumny strukturalnej) |
| Ochrona przed zgniataniem | Niska (zewnętrzny płaszcz się deformuje) | Doskonała (sztywna klatka ochronna) |
| Moduł Younga (sztywność) | Niższy (większa elastyczność) | Wysoki (redukcja wydłużenia o 30%–75%) |
Te lite pręty zapewniają Odporność na Ściskanie Osiowe (ACR). Działają jak belki, które utrzymują liniową integralność kabla, skutecznie zapobiegając uszkodzeniom spowodowanym ściskaniem i wyboczeniem, które naruszają standardowe kable.
Wytrzymały, pancerny kabel światłowodowy do zastosowań zewnętrznych w luźnej tubie
Bardzo wytrzymała, pancerna rura luźna do sieci o znaczeniu krytycznym, stosowana w miejscach, w których ruchy gruntu lub trudne warunki zagrażają ciągłości usług.
Zobacz szczegóły produktuZalety dielektryczne
W przeciwieństwie do opcji kabli zbrojonych metalem, które zazwyczaj nie zapewniają wystarczającej wytrzymałości do zastosowań w czarnych glebach, całkowicie dielektryczna konstrukcja (bezmetalowa) obu kabli o wysokiej wytrzymałości ScaleFibre zapewnia istotne korzyści operacyjne dla dalekobieżnych sieci szkieletowych:
Odporność elektromagnetyczna
Trasy dalekobieżne często biegną równolegle do linii wysokiego napięcia. Kable dielektryczne są nieprzewodzące, chroniąc sieć przed prądami indukowanymi i uderzeniami piorunów, które mogą katastrofalnie stopić metalowe alternatywy zbrojone.
Wydajność operacyjna
W przeciwieństwie do zbrojenia metalowego, dielektryczne nie wymaga uziemienia ani łączenia w punktach wejścia, co znacznie zmniejsza nakłady pracy w terenie i listę materiałów (BoM). W wielu jurysdykcjach mogą również dzielić istniejące kanały elektryczne lub rurociągi, gdzie kable metalowe są zabronione.
Stabilność chemiczna
Pręty FRP są chemicznie obojętne i odporne na korozję. Jest to częste w przypadku kabli metalowych w wilgotnych, kwaśnych glebach, co negatywnie wpływa na żywotność systemu kablowego. Korozja nie tylko zmniejsza odporność metalowego zbrojenia na gryzonie, ale także obniża wytrzymałość kabla.
Podsumowanie
Budowanie zrównoważonej cyfrowej sieci szkieletowej przez gleby reaktywne wymaga filozofii inżynierskiej, która uwzględnia wpływy geotechniczne. Opieranie się na standardowych kablach bez zbrojenia lub ze zbrojeniem z przędzy w tych środowiskach prowadzi do cyklu konserwacji i ostatecznej awarii. Architektura ScaleFibre z litymi prętami stanowi różnicę między obciążeniem wymagającym wysokich kosztów utrzymania a trwałym aktywem infrastrukturalnym.
Gotowy, aby chronić swoją sieć?
Uzyskaj szczegóły dotyczące naszych kabli opancerzonych o wysokiej wytrzymałości 20kN, zaprojektowanych do trudnych środowisk.
Uzyskaj szczegółySkontaktujemy się z Tobą w sprawie Twojej specyfikacji.
