電気通信工学では通常、ネットワーク容量、帯域幅、光損失が優先されますが、物理層の究極的な存続は地盤工学的安定性に依存しています。数十年にわたるインフラ資産を構築するネットワーク事業者にとって、主要な脅威は意外にも容量ではありません。むしろ、激しい季節的な水分変動を受ける上層土である「活性ゾーン」の機械的な不安定性です。
どのような障害も極めて大きな影響を及ぼす可能性がある基幹回線のような重要なネットワークインフラを構築する際には、光ファイバーケーブルが土壌条件に耐えうる能力を考慮することが賢明です。
世界の多くの地域で、土壌は動的な機械のように振る舞い、標準的な光ファイバーケーブルの物理的許容範囲を容易に超える多方向の力を及ぼします。このリスクを軽減するため、慎重なネットワーク事業者は、資産保護を確実にするために、ScaleFibreの高強度設計のような特殊な高強度システムへと移行しています。
「反応性」土壌の地盤工学
埋設インフラに対する主要な機械的拮抗作用は、一般に「黒色土壌」と呼ばれるバーティソル（Vertosols）という土壌分類です。これらは、湿潤・乾燥サイクル中に劇的な体積変化を経験する膨張性粘土鉱物の高濃度によって定義されます。
土壌で何が起こるのか？
バーティソルの挙動は、その鉱物組成、特に特定の鉱物の存在によって決定されます。これらの鉱物は2:1格子構造、つまり異なる粘土層の微細な分子「サンドイッチ」を特徴としています。
これらの層間の結合は比較的弱いものです。水和中、水分子が層間（層間空間）に引き込まれ、層を押し広げます。巨視的なスケールでは、この分子の膨張により土壌体積が急増し、大規模な膨張圧を生成します。一方、乾燥期には、水の損失により格子が崩壊し、土壌の収縮と、地下数メートルに及ぶ深い割れ目、つまり「収縮亀裂」の形成をもたらします。
危険にさらされている世界の地域
これらの地質学的に不安定な地域は、戦略的に重要であり、広範囲に分布しています。変動する膨張性土壌は、世界中で課題を提示します。壁にひびが入ったり、基礎が下層土の動きによってずれたりする建物を目にされたことがあるでしょう。問題のある土壌は多くの場所で発生しますが、特に特定の地域がよく知られています。
北アメリカ
多くの地域で土壌の移動が見られ、特にテキサス回廊に多い悪名高い「ヒューストンブラック」は、高い線膨張率（COLE）で知られ、基礎を浮かせたり、従来のユーティリティ本管を破断させるほどの力で導管を剪断したりします。毎年、「ヒューストンブラック」の膨張性土壌の結果として、莫大な量の損害が発生しています。
ヨーロッパ
スペインのエクストレマドゥーラ地方にあるティエラ・デ・バロスと呼ばれる地域では、ペリック・バーティソルが極端な地盤沈下を起こします。英国では、リアス層群の粘土は、地すべりによるせん断やインフラ破壊、特に一般的に使用される交通の優先通行権に沿って、高リスクゾーンとなっています。実際、英国では、膨張性土壌が最大の自然地盤災害であり、ケーブルやその他のインフラを剪断し、広範な停電、漏水、破裂を引き起こす可能性があります。
オーストラリア
世界で最も多様なひび割れ粘土を含むオーストラリアのバーティソルは、深い地表の亀裂を形成し、地下水への急速な水の浸入を可能にし、局所的で激しい膨張を引き起こします。これにより、埋設ケーブルは一季節で著しく変位することがあります。オーストラリアの通信事業者は、毎年、国内の多くの地域でこれらの土壌による甚大な課題に直面しています。場合によっては、黒色土壌が大きく移動し、地球に大きな裂け目を作り出すこともあります。
埋設光ファイバーケーブルの故障モード
地盤の動きは、3つの異なる機械的応力によって埋設資産を攻撃します。標準的なケーブルは、これらの1つまたは複数によって最終的に弾性限界に達し、故障します。
1. 長手方向ひずみ（引張）
土壌が乾燥すると、収縮する土壌がケーブルジャケットに高い摩擦力を加え、両端からケーブルを引き寄せます。ほとんどの光ファイバーは、マイクロベンディング損失が信号を減衰させるか、マクロベンディングがガラスの破断につながる前に、約0.2%の最大ひずみ耐性を持ちます。
2. 半径方向の圧潰（膨張圧）
再水和は急速な体積増加を引き起こし、半径方向の圧潰荷重をもたらします。この膨張圧はケーブルジャケットに巨大な力を加え、油圧バイスのように作用します。最小限のジャケットを持つ標準ケーブルはほとんど抵抗せず、バッファチューブが変形し、ファイバーをチューブ壁に押し付け、高い減衰を引き起こします。
3. 軸方向圧縮（座屈）
これは、膨張性環境において最も重要で、かつ見過ごされがちな故障モードです。土壌が膨張すると、多くの場合、ケーブルに沿って軸方向に、より安定した点に向かって押されます。多くのケーブルは、主に設置時の引っ張り用に設計された限られた強度部材を特徴としています。一部はアラミド繊維（ケブラーなど）で補強されていますが、これらは優れた引張強度を提供しますが、圧縮強度はゼロです。それらは本質的に、圧力がかかるとぐったりするロープのようなものです。
軸方向の圧縮荷重下では、標準ケーブルは座屈してよじれます。これにより、ガラス繊維が30mmよりもきつい曲げ半径に押し込まれ、壊滅的な光損失または物理的な完全故障を引き起こします。
エンジニアードソリューション
黒色土壌や膨張性土壌で従来の「通常の」ケーブルを使用すると、問題が発生しやすくなります。これらのケーブルは、黒色土壌が与える力に対処するように設計されていないため、土壌がわずかに移動しただけでもすぐに故障してしまいます。 ScaleFibreは、標準的な光ファイバーケーブルよりも容易に環境力に耐える追加の強度を提供するように、高強度ケーブルポートフォリオを設計しました。これには2つの主要な設計があります。高強度シングルジャケット非装甲光ファイバーケーブル （引張強度6kN）と、高強度非金属装甲光ファイバーケーブル （引張強度20kN）です。前者は従来のルースチューブの約3倍の引張強度を提供し、後者は約10倍の引張強度（およびケーブルのげっ歯類被害に対する耐性を大幅に向上させる）を提供します。
Tier 1: 高強度（6kN）
6kNの高強度ティアは、業界標準の2kNの引張限界を大幅に上回るアップグレードを提供し、設置時および環境負荷の増加に対応するために特別に設計されています。このケーブル設計は、追加の層を必要とせずに、機械的弾力性を劇的に高める独自の強化を統合した特殊なポリエチレン（PE）ジャケットを利用しています。合理化されたプロファイルを維持しながら、この設計はケーブルの引張容量と耐圧性を最大化することに重点を置き、シングルジャケット構造内で高い耐久性を提供します。これにより、標準ケーブルでは不十分な高負荷設置に適した効率的な選択肢となります。
このケーブルは装甲を提供しないため、従来の非装甲ケーブルと同程度のげっ歯類耐性しかありません。
高強度ルースチューブ屋外光ファイバーケーブル
地盤の移動や過酷な条件がサービス継続性を脅かすような場所でのレジリエンスのために設計された、重要なネットワークルート向けの高強度で弾力性のあるルースチューブ。
製品詳細を見るTier 2: NMA高強度（20kN）
非金属装甲高強度設計は、ケーブル保護をさらに高めます。高リスクの土壌環境における重要なケーブルに理想的であるこのバージョンは、固体引抜き成形FRP（繊維強化プラスチック）ロッドを利用しています。これは、より一般的なガラス繊維スタイルの装甲とは異なり、著しい構造剛性を提供するという追加の利点があります。FRPロッドは、繊維スタイルの「装甲」よりも厚く、強く、より広範囲をカバーするため、げっ歯類やその他の同様の損傷に対する保護を大幅に強化します。
| 機械的特性 | ガラス繊維 (標準) | ソリッドFRPロッド (ScaleFibre NMA) |
|---|---|---|
| 物理的形状 | 柔軟 (ロープ状) | 剛性 (梁状) |
| 軸方向圧縮強度 | ごくわずか (座屈しやすい) | 高 (構造柱強度) |
| 圧潰保護 | 低 (外被が変形する) | 優れている (剛性保護ケージ) |
| ヤング率 (剛性) | 低い (弾力性が高い) | 高 (30%～75%の伸長低減) |
これらのソリッドロッドは軸方向圧縮抵抗（ACR）を提供します。これらはケーブルの線形完全性を維持する梁として機能し、圧縮による損傷や、標準ケーブルを損なう座屈を効果的に防ぎます。
高強度装甲ルーズチューブ屋外光ファイバケーブル
地盤変動や厳しい条件によりサービス継続性が脅かされる重要なネットワークで使用するための、極めて高強度の装甲ルーズチューブです。
製品詳細を見る誘電体の利点
黒色土壌用途に十分な強度を追加しない傾向にある金属装甲ケーブルの選択肢とは異なり、ScaleFibreの高強度ケーブルはどちらも全誘電体設計（非金属）であり、長距離基幹網にとって不可欠な運用上の利点を提供します。
電磁耐性
長距離ルートはしばしば高電圧送電線と並行します。誘電体ケーブルは非導電性であり、金属装甲の代替品が壊滅的に溶けてしまう可能性のある誘導電流や落雷からネットワークを保護します。
運用効率
金属装甲とは異なり、誘電体はエントリーポイントでの接地やボンディングを必要としないため、現場作業と部品表（BoM）を大幅に削減できます。多くの管轄区域では、金属ケーブルが禁止されている場合でも、既存の電気ダクトやコンジットを共有することも可能です。
化学的安定性
FRPロッドは化学的に不活性で腐食に強いです。これは、湿潤で酸性の土壌で金属ケーブルによく見られる問題であり、ケーブルシステムの寿命に悪影響を及ぼします。腐食は金属装甲のげっ歯類耐性を低下させるだけでなく、ケーブルの強度も低下させます。
結論
反応性土壌を介して持続可能なデジタルバックボーンを構築するには、地盤工学的な影響を考慮した工学哲学が必要です。これらの環境で標準的な非装甲または繊維装甲ケーブルに依存することは、メンテナンスと最終的な故障のサイクルにつながります。ScaleFibreのソリッドロッド構造は、高メンテナンスの負債と恒久的なインフラ資産との違いを意味します。
