Por Que Cabos de Fibra Padrão Falham em Solos Negros.

Embora a engenharia de telecomunicações geralmente priorize a capacidade da rede, a largura de banda e a perda óptica, a sobrevivência final da camada física depende da estabilidade geotécnica. Para proprietários de redes que constroem ativos de infraestrutura para várias décadas, a principal ameaça surpreendentemente não é a capacidade. Em vez disso, é a volatilidade mecânica da “Zona Ativa”, que é a camada superior do solo sujeita a intensas flutuações sazonais de umidade.

Ao construir infraestrutura de rede crítica, como rotas de backhaul em que qualquer interrupção pode ser extremamente impactante, é prudente considerar a capacidade dos cabos de fibra óptica de suportar as condições do solo.

Em muitas regiões globais, o solo se comporta como uma máquina dinâmica, exercendo forças multi-vetoriais que podem facilmente exceder as tolerâncias físicas dos cabos de fibra óptica padrão. Para mitigar esse risco, proprietários de redes prudentes estão migrando para sistemas especializados de alta resistência, como os designs de alta resistência da ScaleFibre, para garantir a proteção dos ativos.

A Geotecnia de Solos “Reativos”

O principal antagonista mecânico para a infraestrutura enterrada é uma ordem de solo conhecida como Vertissolos, comumente chamados de “solos negros”. Estes são definidos por altas concentrações de minerais de argila expansiva que sofrem mudanças volumétricas dramáticas durante os ciclos de umedecimento e secagem.

O Que Acontece no Solo?

O comportamento de um Vertissolo é ditado por sua composição mineralógica, especificamente pela presença de minerais específicos. Esses minerais apresentam uma estrutura de treliça 2:1 — essencialmente um “sanduíche” molecular microscópico de diferentes camadas de argila.

As ligações entre essas folhas são relativamente fracas. Durante a hidratação, as moléculas de água são atraídas para o espaço intralaminar (entre as camadas), forçando as camadas a se separarem. Em escala macroscópica, essa expansão molecular faz com que o volume do solo aumente, gerando enormes pressões de intumescimento. Por outro lado, durante os períodos secos, a perda de água faz com que a treliça colapse, resultando em retração do solo e na formação de fissuras profundas ou “rachaduras de retração” que podem se estender por vários metros no subsolo.

Geografias Globais em Risco

Essas zonas geologicamente voláteis são estrategicamente significativas e amplamente distribuídas. Solos móveis e expansivos apresentam desafios em todo o mundo. Você sem dúvida já viu isso em edifícios, onde as paredes racham e as fundações se deslocam devido ao movimento subjacente do solo. Solos problemáticos ocorrem em muitos lugares, mas algumas regiões específicas são bem conhecidas.

América do Norte

Várias regiões apresentam solos instáveis, incluindo o notório “Houston Black”, predominante no corredor do Texas. Esses solos são conhecidos por seu alto Coeficiente de Extensibilidade Linear (COLE), frequentemente levantando fundações e cisalhando dutos com força suficiente para romper tubulações de serviços públicos tradicionais. Uma enorme quantidade de danos ocorre anualmente como resultado dos solos expansivos “Houston Black”.

Europa

Na região da Extremadura, na Espanha, em uma área conhecida como Tierra de Barros, os Vertissolos Pélicos sofrem subsidência extrema. No Reino Unido, as argilas do Grupo Lias são zonas de alto risco para cisalhamento induzido por deslizamentos de terra e falhas de infraestrutura, muitas vezes ao longo de vias de transporte comumente usadas. De fato, no Reino Unido, os solos expansivos são o perigo natural número 1 do solo, e podem cisalhar cabos e outras infraestruturas, causando interrupções generalizadas, vazamentos e rompimentos.

Austrália

Contendo a mais diversa gama de argilas rachadas globalmente, os Vertissolos australianos formam fissuras superficiais profundas que permitem a rápida entrada de água no subsolo, desencadeando um intumescimento localizado e violento que pode deslocar enormemente os cabos enterrados em uma única estação. Operadoras de telecomunicações em toda a Austrália enfrentam enormes desafios desses solos em muitas regiões do país a cada ano. Em alguns casos, os solos negros se movem tanto que criam grandes abismos na terra.

Modos de Falha de Cabos de Fibra Enterrados

O movimento geotécnico ataca um ativo enterrado através de três estressores mecânicos distintos. Um cabo padrão acabará atingindo seu limite elástico por meio de um ou mais destes e falhará.

1. Tensão Longitudinal (Tração)

À medida que o solo seca, a terra em retração exerce alta fricção sobre a capa do cabo, puxando-o de ambas as extremidades. A maioria das fibras ópticas tem uma tolerância máxima de tensão de aproximadamente 0,2% antes que as perdas por microcurvatura atenuem o sinal ou a macrocurvatura leve à fratura do vidro.

2. Esmagamento Radial (Pressão de Intumescimento)

A re-hidratação desencadeia um rápido aumento de volume, resultando em uma carga de esmagamento radial. Essa pressão de intumescimento pode exceder e exercer enormes forças sobre a capa do cabo, agindo como uma prensa hidráulica. Cabos padrão com capas mínimas oferecem pouca resistência, permitindo que os tubos buffer se deformem e pressionem as fibras contra as paredes do tubo, induzindo alta atenuação.

3. Compressão Axial (Flambagem)

Este é o modo de falha mais crítico e mal considerado em ambientes expansivos. Quando o solo se expande, ele frequentemente empurra axialmente ao longo do cabo em direção a pontos mais estáveis. Muitos cabos possuem membros de resistência limitados, principalmente projetados para puxar durante a instalação. Alguns são reforçados com fios de aramida (como Kevlar), que oferecem excelente resistência à tração, mas zero resistência à compressão. São essencialmente cordas que ficam frouxas sob pressão.

Sob cargas de compressão axial, os cabos padrão flambam e dobram. Isso força as fibras de vidro a um raio de curvatura mais apertado do que 30mm, causando perda óptica catastrófica ou falha física total.

Uma Solução Engenheirada

O uso de cabos “regulares” tradicionais em solos negros ou expansivos é frequentemente propenso a problemas. Esses cabos simplesmente não são projetados para lidar com as forças que os solos negros exercem sobre eles e, portanto, falham rapidamente após até mesmo mudanças moderadas no solo. A ScaleFibre projetou seu portfólio de cabos de alta resistência para fornecer força adicional que resiste às forças ambientais mais prontamente do que os cabos de fibra óptica padrão. Existem dois designs amplos - o cabo de fibra óptica com revestimento único sem armadura de alta resistência (avaliado em 6kN de resistência à tração), e o cabo de fibra óptica com armadura não metálica de alta resistência (avaliado em 20kN). O primeiro oferece cerca de três vezes a resistência à tração do tubo solto tradicional, enquanto o último oferece cerca de dez vezes a resistência à tração (e a adição de um aumento significativo na capacidade do cabo de resistir a danos por roedores).

Nível 1: Alta Resistência (6kN)

O nível de Alta Resistência de 6kN oferece uma atualização significativa em relação ao limite de tração padrão da indústria de 2kN, projetado especificamente para lidar com maiores cargas de instalação e ambientais. Este design de cabo utiliza uma capa especializada de Polietileno (PE) integrada com aprimoramentos proprietários que aumentam drasticamente sua resiliência mecânica sem a necessidade de camadas adicionais. Mantendo um perfil simplificado, este design foca em maximizar a capacidade de tração e a resistência ao esmagamento do cabo, proporcionando alta durabilidade dentro de uma estrutura de capa única. Isso o torna uma escolha eficiente para este tipo de instalações de alta carga onde cabos padrão são insuficientes.

Este cabo não oferece armadura e, portanto, é tão resistente a roedores quanto os cabos não blindados tradicionais.

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Cabo de Fibra Óptica Exterior de Tubo Solto de Alta Resistência

Tubo solto de alta resistência e resiliente para rotas de rede críticas, projetado para resiliência onde o movimento do solo ou condições severas ameaçam a continuidade do serviço.

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Nível 2: Alta Resistência NMA (20kN)

O design de alta resistência com armadura não metálica leva a proteção do cabo ainda mais longe. Ideal para cabos críticos em ambientes de solo de alto risco, esta versão utiliza varetas sólidas de PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro) pultrudado. Isso é distinto das armaduras mais comuns tipo fio de vidro, e tem o benefício adicional de proporcionar significativa rigidez estrutural. Oferece significativamente mais proteção contra roedores e outros danos semelhantes, pois as varetas de PRFV são mais espessas, mais fortes e proporcionam maior cobertura do que as armaduras tipo “fio”.

Essas varetas sólidas proporcionam Resistência à Compressão Axial (ACR). Elas atuam como vigas que mantêm a integridade linear do cabo, prevenindo efetivamente danos por compressão e a flambagem que comprometem os cabos padrão.

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Cabo de fibra ótica de tubo solto blindado de alta resistência para áreas externas

Tubo solto blindado de altíssima resistência para redes críticas, para uso onde o movimento do solo ou condições adversas ameaçam a continuidade do serviço.

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A Vantagem Dielétrica

Ao contrário das opções de cabos com armadura metálica, que tipicamente não adicionam força suficiente para aplicações em solos negros, o design totalmente dielétrico (sem metal) de ambos os cabos de alta resistência da ScaleFibre oferece benefícios operacionais essenciais para backbones de longa distância:

Imunidade Eletromagnética

Rotas de longa distância frequentemente correm paralelamente a linhas de alta tensão. Cabos dielétricos são não condutivos, protegendo a rede de correntes induzidas e descargas atmosféricas que podem derreter catastroficamente alternativas com armadura metálica.

Eficiência Operacional

Ao contrário da armadura metálica, os cabos dielétricos não requerem aterramento ou ligação nos pontos de entrada, reduzindo significativamente o trabalho em campo e a Lista de Materiais (BoM). Em muitas jurisdições, eles também podem compartilhar dutos ou conduítes elétricos existentes, onde cabos metálicos são proibidos.

Estabilidade Química

As varetas de PRFV são quimicamente inertes e imunes à corrosão. Isso é comum em cabos metálicos em solos úmidos e ácidos, o que impactará adversamente a vida útil do sistema de cabos. A corrosão não apenas reduz a resistência a roedores da armadura metálica, mas também a resistência do cabo.

Conclusão

Construir uma espinha dorsal digital sustentável através de solo reativo requer uma filosofia de engenharia que considere os impactos geotécnicos. Confiar em cabos padrão sem armadura ou com armadura de fios nesses ambientes leva a um ciclo de manutenção e eventual falha. A arquitetura de varetas sólidas da ScaleFibre representa a diferença entre um passivo de alta manutenção e um ativo de infraestrutura permanente.