Αριθμητική προσομοίωση της κινηματικής καταπόνησης υποθαλάσσιων καλωδίων εξαιτίας ενεργών σεισμικών ρηγμάτων

Τα υποθαλάσσια καλώδια αποτελούν κομβικές υποδομές για τη μεταφορά ενέργειας και δεδομένων, στηρίζοντας τη σύγχρονη συνδεσιμότητα και την ενεργειακή ασφάλεια παγκόσμια. Παρά τη σπουδαιότητα τους, παραμένουν ευάλωτα σε φυσικούς κινδύνους, ιδιαίτερα όταν διασταυρώνονται με ενεργά σεισμικά ρήγματα. Η κινηματική καταπόνηση των καλωδίων που προκύπτει από τη διάρρηξη ενός σεισμικού ρήγματος μπορεί να προκαλέσει μεγάλες παραμορφώσεις και αστοχίες, με σημαντικό οικονομικό και τεχνικό αντίκτυπο Το πρόβλημα που εξετάζεται στην παρούσα διπλωματική εργασία είναι η καταπόνηση ενός υποθαλάσσιου καλωδίου (ενέργειας ή τηλεπικοινωνιών) όταν διασταυρώνεται με ένα ενεργό σεισμικό ρήγμα. Η απότομη μετατόπιση του ρήγματος στο βραχώδες υπόβαθρο διαδίδεται στην ιζηματογενή στρώση και προκαλεί παραμορφώσεις στον πυθμένα, δηλαδή μόνιμες εδαφικές μετατοπίσεις. Συνεπώς, ένα καλώδιο που είναι καλυμμένο στα ιζήματα στην επιφάνεια του πυθμένα δέχεται κινηματικού τύπου καταπόνηση. Όπως έχει παρατηρηθεί σε αρκετούς πρόσφατους σεισμούς, όταν οι επιβαλλόμενες παραμορφώσεις υπερβούν τα όρια των υλικών του αυτό οδηγεί στην αστοχία του καλωδίου. Η μελέτη του εν λόγω σύνθετου φαινομένου πραγματοποιήθηκε μέσω της αποσυζευγμένης αριθμητικής μεθοδολογίας η οποία χωρίζει το πρόβλημα σε δύο υπό-προβλήματα. Συγκεκριμένα, μέσω του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS αναπτύχθηκαν δύο αριθμητικά προσομοιώματα που αντιστοιχούν στα δύο υπο-προβλήματα: (α) το γεωτεχνικό προσομοίωμα για την προσομοίωση της διάρρηξης του ρήγματος, όπου εξετάστηκαν δύο είδη ρήγματος (κανονικό και ανάστροφο), δύο γωνίες διάρρηξης, τρεις πυκνότητες ιζημάτων και διάφορες τιμές επιβαλλόμενων μετατοπίσεων ρήγματος, και (β) το δομοστατικό προσομοίωμα για την προσομοίωση ενός καλωδίου ενέργειας και ενός καλωδίου τηλεπικοινωνιών και τον υπολογισμό των αναπτυσσόμενων αξονικών παραμορφώσεων σε αυτά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η συμπεριφορά των δύο τύπων καλωδίων είναι γενικά παρεμφερής, με μικρές μόνο αποκλίσεις στις αναπτυσσόμενες παραμορφώσεις. Συνολικά, η μελέτη αποδεικνύει με σαφήνεια ότι η γεωμετρία και ο τύπος του ρήγματος, σε συνδυασμό με τις μηχανικές ιδιότητες της ιζηματογενούς στρώσης, καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό το επίπεδο της καταπόνησης που αναπτύσσεται στο καλώδιο. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τον ασφαλή σχεδιασμό, την επιλογή της βέλτιστης διαδρομής και την προστασία της δομικής ακεραιότητας και της συνεχούς λειτουργίας των υποθαλάσσιων δικτυών καλωδίων σε σεισμικά ενεργές περιοχές.