لماذا تفشل كابلات الألياف القياسية في التربة السوداء.

بينما تعطي هندسة الاتصالات الأولوية عادةً لسعة الشبكة، وعرض النطاق الترددي، والفقد البصري، فإن البقاء النهائي للطبقة المادية يعتمد على الاستقرار الجيوتقني. بالنسبة لمالكي الشبكات الذين يبنون أصول بنية تحتية تمتد لعقود، فإن التهديد الأساسي ليس السعة بشكل مفاجئ. بل هو التقلبات الميكانيكية لـ “المنطقة النشطة”، وهي الطبقة العليا من التربة المعرضة لتقلبات الرطوبة الموسمية الشديدة.

عند بناء بنية تحتية شبكية حيوية، مثل مسارات النقل الخلفي التي قد يكون لأي انقطاع فيها تأثير بالغ، من الحكمة مراعاة قدرة كابلات الألياف الضوئية على تحمل ظروف التربة.

في العديد من المناطق العالمية، تتصرف التربة كآلة ديناميكية، تمارس قوى متعددة الاتجاهات يمكن أن تتجاوز بسهولة التحمل الفيزيائي لكابلات الألياف الضوئية القياسية. للتخفيف من هذا الخطر، يتجه مالكو الشبكات الحكماء نحو أنظمة متخصصة عالية القوة، مثل تصميمات ScaleFibre عالية القوة، لضمان حماية الأصول.

جيوتقنية التربة “التفاعلية”

الخصم الميكانيكي الرئيسي للبنية التحتية المدفونة هو نظام تربة يُعرف باسم “الفيرتوسولات” (Vertosols)، وتُسمى عادةً “التربة السوداء”. وتتميز هذه التربة بتركيزات عالية من معادن الطين المتمددة التي تخضع لتغيرات حجمية كبيرة خلال دورات الترطيب والجفاف.

ماذا يحدث في التربة؟

يتحدد سلوك الفيرتوسول بتركيبته المعدنية، وتحديداً بوجود معادن معينة. تتميز هذه المعادن بهيكل شبكي 2:1 — وهو في الأساس “ساندويتش” جزيئي مجهري من طبقات الطين المختلفة.

الروابط بين هذه الطبقات ضعيفة نسبيًا. أثناء الترطيب، تُسحب جزيئات الماء إلى الفراغ بين الطبقات (بين الطبقات)، مما يدفع الطبقات بعيدًا عن بعضها. وعلى المستوى الكلي، يتسبب هذا التوسع الجزيئي في تضخم حجم التربة، مما يولد ضغوط انتفاخ هائلة. من ناحية أخرى، خلال الفترات الجافة، يؤدي فقدان الماء إلى انهيار الشبكة، مما ينتج عنه انكماش التربة وتكوين شقوق عميقة أو “شقوق الانكماش” التي يمكن أن تمتد لعدة أمتار داخل التربة التحتية.

المناطق الجغرافية المعرضة للخطر عالميًا

هذه المناطق الجيولوجية المتقلبة ذات أهمية استراتيجية وموزعة على نطاق واسع. توفر التربة المتحركة والمتمددة تحديات في جميع أنحاء العالم. لا شك أنك رأيت هذا في المباني، حيث تتشقق الجدران وتتحرك الأساسات بسبب حركة التربة الأساسية. تحدث التربة المشكلة في العديد من الأماكن، ولكن بعض المناطق المحددة معروفة جيدًا.

أمريكا الشمالية

تستعرض عدد من المناطق تربة متحركة، بما في ذلك “تربة هيوستن السوداء” سيئة السمعة، السائدة في ممر تكساس، وتُعرف هذه التربة بمعاملها العالي للتمدد الخطي (COLE)، وغالبًا ما ترفع الأساسات وتقص الأنابيب بقوة كافية لكسر خطوط المرافق التقليدية. تحدث كمية هائلة من الأضرار كل عام نتيجة للتربة المتمددة “هيوستن السوداء”.

أوروبا

في منطقة إكستريمادورا الإسبانية، في منطقة تُعرف باسم “تيرا دي باروس” (Tierra de Barros)، تتعرض الفيرتوسولات البيليكية (Pellic Vertosols) لهبوط شديد. في المملكة المتحدة، تعتبر طين مجموعة لياس (Lias Group) مناطق عالية الخطورة للقص الناجم عن الانهيارات الأرضية وفشل البنية التحتية، غالبًا على طول حقوق الطرق المستخدمة بشكل شائع. في الواقع، في المملكة المتحدة، تعد التربة المتمددة هي الخطر الأرضي الطبيعي رقم 1، ويمكنها قص الكابلات وغيرها من البنية التحتية، مما يتسبب في انقطاعات واسعة النطاق وتسربات وانفجارات.

أستراليا

تحتوي الفيرتوسولات الأسترالية على النطاق الأكثر تنوعًا من الطين المتشقق عالميًا، وتشكل شقوقًا سطحية عميقة تسمح بدخول الماء بسرعة إلى التربة التحتية، مما يؤدي إلى تضخم عنيف ومحلي يمكن أن يزيح الكابلات المدفونة بشكل كبير في موسم واحد. يواجه مشغلو الاتصالات في جميع أنحاء أستراليا تحديات هائلة من هذه التربة في العديد من مناطق البلاد كل عام. في بعض الحالات، تتحرك التربة السوداء كثيرًا لدرجة أنها تخلق شقوقًا كبيرة في الأرض.

أنماط فشل كابلات الألياف المدفونة

تهاجم الحركة الجيوتقنية الأصل المدفون من خلال ثلاثة ضغوط ميكانيكية مميزة. سيصل الكابل القياسي في النهاية إلى حد مرونته من خلال واحد أو أكثر من هذه الضغوط ويفشل.

1. الإجهاد الطولي (الشد)

مع حدوث جفاف التربة، تمارس الأرض المنكمشة احتكاكًا عاليًا على غلاف الكابل، ساحبة إياه من الطرفين. تتمتع معظم الألياف الضوئية بحد أقصى لتحمل الإجهاد يبلغ حوالي 0.2% قبل أن تؤدي خسائر الانحناء الدقيق إلى إضعاف الإشارة أو يؤدي الانحناء الكلي إلى كسر الزجاج.

2. السحق القطري (ضغط الانتفاخ)

يؤدي إعادة الترطيب إلى زيادة سريعة في الحجم، مما ينتج عنه حمل سحق قطري. يمكن لضغط الانتفاخ هذا أن يمارس قوى هائلة على غلاف الكابل، يعمل كمكبس هيدروليكي. توفر الكابلات القياسية ذات الأغلفة البسيطة مقاومة قليلة، مما يسمح لأنابيب التخزين المؤقت بالتشوه والضغط على الألياف مقابل جدران الأنبوب، مما يسبب ضعفًا عاليًا.

3. الضغط المحوري (الالتواء)

هذا هو نمط الفشل الأكثر أهمية وسوءًا في البيئات المتمددة. عندما تتمدد التربة، غالبًا ما تدفع بشكل محوري على طول الكابل نحو نقاط أكثر استقرارًا. تتميز العديد من الكابلات بعناصر قوة محدودة، مصممة بشكل أساسي للسحب أثناء التركيب. يتم تعزيز بعضها بخيوط الأراميد (مثل الكيفلار)، التي توفر قوة شد ممتازة ولكن قوة ضغط صفرية. إنها في الأساس حبال تترهل تحت الضغط.

تحت أحمال الضغط المحوري، تلتوي الكابلات القياسية وتتعقد. يجبر هذا الألياف الزجاجية على نصف قطر انحناء أضيق من 30 مم، مما يسبب فقدًا بصريًا كارثيًا أو فشلًا ماديًا كاملاً.

حل هندسي

غالبًا ما يكون استخدام الكابلات “العادية” التقليدية في التربة السوداء أو المتمددة عرضة للمشاكل. هذه الكابلات ببساطة غير مصممة للتعامل مع القوى التي تفرضها عليها التربة السوداء، وبالتالي تفشل بسرعة حتى بعد تحولات معتدلة في التربة. لقد صممت ScaleFibre مجموعة كابلاتها عالية القوة لتوفير قوة إضافية تقاوم القوى البيئية بسهولة أكبر من كابلات الألياف الضوئية القياسية. هناك تصميمان رئيسيان - كابل الألياف الضوئية أحادي الغلاف غير المدرع عالي القوة (مصنّف بقوة شد 6 كيلونيوتن)، و كابل الألياف الضوئية المدرع غير المعدني عالي القوة (مصنّف بقوة 20 كيلونيوتن). يوفر الأول حوالي ثلاثة أضعاف قوة الشد للأنابيب الفضفاضة التقليدية، بينما يوفر الأخير حوالي عشرة أضعاف قوة الشد (بالإضافة إلى زيادة قدرة الكابلات بشكل كبير على مقاومة أضرار القوارض).

المستوى الأول: قوة عالية (6 كيلونيوتن)

يوفر مستوى القوة العالية 6 كيلونيوتن ترقية كبيرة على حد الشد القياسي للصناعة البالغ 2 كيلونيوتن، وقد تم تصميمه خصيصًا للتعامل مع أحمال التركيب والبيئة المتزايدة. يستخدم تصميم الكابل هذا غلافًا متخصصًا من البولي إيثيلين (PE) مدمجًا مع تحسينات مملوكة تزيد بشكل كبير من مرونته الميكانيكية دون الحاجة إلى طبقات إضافية. مع الحفاظ على ملف تعريف مبسط، يركز هذا التصميم على زيادة قدرة الكابل على الشد ومقاومة السحق، مما يوفر متانة عالية ضمن هيكل غلاف واحد. وهذا يجعله خيارًا فعالًا لأنواع التركيبات عالية الحمل حيث تكون الكابلات القياسية غير كافية.

لا يوفر هذا الكابل درعًا، وبالتالي فهو مقاوم للقوارض بقدر مقاومة الكابلات غير المدرعة التقليدية فقط.

Featured Solution

كابل ألياف بصرية خارجي ذو أنبوب حر عالي القوة

أنبوب حر عالي القوة ومرن لمسارات الشبكات الحرجة، مصمم للمرونة حيث تهدد حركة الأرض أو الظروف القاسية استمرارية الخدمة.

عرض تفاصيل المنتج

المستوى الثاني: قوة عالية غير معدنية مدرعة (20 كيلونيوتن)

يأخذ تصميم الكابل عالي القوة المدرع غير المعدني حماية الكابل إلى أبعد من ذلك. يعتبر هذا الإصدار مثاليًا للكابلات الحيوية في بيئات التربة عالية الخطورة، ويستخدم قضبان FRP صلبة مسحوبة (بلاستيك مقوى بالألياف). يختلف هذا عن الدروع الأكثر شيوعًا المصنوعة من خيوط الألياف الزجاجية، وله فائدة إضافية تتمثل في توفير صلابة هيكلية كبيرة. ويوفر حماية أكبر بكثير ضد القوارض والأضرار المماثلة الأخرى، حيث أن قضبان FRP أكثر سمكًا وأقوى وتوفر تغطية أكبر من “الدروع” المصنوعة من الخيوط.

توفر هذه القضبان الصلبة مقاومة للضغط المحوري (ACR). إنها تعمل كعارضات تحافظ على سلامة الكابل الخطية، مما يمنع بفعالية الضرر الناتج عن الضغط والالتواء الذي يعرض الكابلات القياسية للخطر.

Featured Solution

كابل الألياف الخارجية المدرع عالي القوة ذو الأنبوب السائب

أنبوب فضفاض مدرع عالي القوة للغاية للشبكات الحرجة للاستخدام حيث تهدد حركة الأرض أو الظروف القاسية استمرارية الخدمة.

عرض تفاصيل المنتج

الميزة العازلة

على عكس خيارات الكابلات المدرعة المعدنية، التي لا تضيف عادةً قوة كافية لتطبيقات التربة السوداء، يوفر التصميم العازل بالكامل (الخالي من المعدن) لكابلي ScaleFibre عاليي القوة فوائد تشغيلية أساسية لشبكات النقل الخلفي طويلة المدى:

الحصانة الكهرومغناطيسية

غالبًا ما تتوازى المسارات طويلة المدى مع خطوط الطاقة عالية الجهد. الكابلات العازلة غير موصلة، مما يحمي الشبكة من التيارات المستحثة وضربات البرق التي يمكن أن تذيب البدائل المدرعة المعدنية بشكل كارثي.

الكفاءة التشغيلية

على عكس الدروع المعدنية، لا تتطلب الكابلات العازلة تأريضًا أو ربطًا عند نقاط الدخول، مما يقلل بشكل كبير من العمل الميداني وقائمة المواد (BoM). في العديد من الولايات القضائية، يمكنها أيضًا مشاركة قنوات أو أنابيب كهربائية موجودة، حيث تُحظر الكابلات المعدنية.

الاستقرار الكيميائي

قضبان FRP خاملة كيميائيًا ومقاومة للتآكل. وهذا أمر شائع في الكابلات المعدنية المدفونة في التربة الرطبة والحمضية، مما يؤثر سلبًا على عمر نظام الكابل. لا يقلل التآكل من مقاومة درع الكابل المعدني للقوارض فحسب، بل يقلل أيضًا من قوة الكابل.

الخاتمة

يتطلب بناء بنية تحتية رقمية مستدامة عبر التربة التفاعلية فلسفة هندسية تراعي التأثيرات الجيوتقنية. إن الاعتماد على الكابلات القياسية غير المدرعة أو المدرعة بالخيوط في هذه البيئات يؤدي إلى دورة من الصيانة والفشل في نهاية المطاف. تمثل بنية ScaleFibre ذات القضبان الصلبة الفرق بين المسؤولية عالية الصيانة والأصل البنيوي الدائم.