Σεισμική Τρωτότητα Και Βέλτιστη Αντιμετώπιση Της Σεισμικής Διακινδύνευσης Υποθαλάσσιων Και Παράκτιων Ενεργειακών Δικτύων

Abstract

Οι υδρογονάνθρακες, όπως το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο, αποτελούν τη σημαντικότερη πηγή ενέργειας της εποχής μας. Λόγω των αυξανόμενων αναγκών του σύγχρονου πολιτισμού, η εξαγωγή υδρογονανθράκων συνεχίζεται διαρκώς από όλο και περισσότερα χερσαία και υποθαλάσσια κοιτάσματα. Η μεταφορά τους στα αστικά και βιομηχανικά κέντρα κατανάλωσης γίνεται -μεταξύ άλλων- μέσω αγωγών υδρογονανθράκων, οι οποίοι ανήκουν στα ενεργειακά δίκτυα κοινής ωφέλειας (ΔΚΩ). Οι αγωγοί αυτοί αποτελούν έργα υποδομής μεγάλης κλίμακας και στρατηγικής σημασίας. Η σπουδαιότητά τους γίνεται φανερή από το γεγονός ότι γίνονται συχνά αντικείμενο έντονων αντιπαραθέσεων μεταξύ εταιρειών και κρατών, αλλά και από τις δυσμενέστατες συνέπειες και τις ανυπολόγιστες ζημιές που μπορεί να προκαλέσει μία πιθανή αστοχία τους στην κοινωνία, στην οικονομία και στο περιβάλλον. Οι αγωγοί μεταφοράς υδρογονανθράκων μπορούν να εκτείνονται σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων, τόσο χερσαία όσο και υποθαλάσσια, φτάνοντας σε βάθη εκατοντάδων μέτρων υπό εξαιρετικά δυσμενείς και αβέβαιες συνθήκες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να εκτίθενται σε ένα πολύ μεγάλο εύρος κινδύνων, τόσο φυσικών όσο και ανθρωπογενών. Ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους που καλούνται να αντιμετωπίσουν είναι οι σεισμικοί γεωκίνδυνοι, όπως η ισχυρή εδαφική κίνηση, η διαρρήξεις ρηγμάτων, οι κατολισθήσεις και οι ρευστοποιήσεις εδαφών. Τα παραπάνω φαινόμενα προκαλούν παροδικές και μόνιμες εδαφικές μετακινήσεις, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν μεγάλα προβλήματα σε έναν αγωγό. Για την αντιμετώπιση των σεισμικών γεωκινδύνων έχουν πραγματοποιηθεί τις τελευταίες δεκαετίες πολλές μελέτες σε αναλυτικό, υπολογιστικό και πειραματικό επίπεδο. Από αυτές έχουν προκύψει διεθνή κι εθνικά πρότυπα και κανονισμοί για τον αντισεισμικό σχεδιασμό αγωγών. Επίσης, έχουν διαμορφωθεί μεθοδολογίες για την προσομοίωση της συμπεριφοράς τους, καθώς και μία σειρά μέτρων προστασίας για την αποφυγή της αστοχίας τους. Εντούτοις, όλα τα παραπάνω επικεντρώνονται κυρίως στην περίπτωση χερσαίων αγωγών, αφήνοντας πολλά περιθώρια διερεύνησης της απόκρισης και της σεισμικής τρωτότητας των αγωγών στα υποθαλάσσια όσο και στα παράκτια τμήματα τους. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη υποθαλάσσιων και παράκτιων μεταλλικών αγωγών υδρογονανθράκων, συμβάλλοντας στην ενδελεχή διερεύνηση της συμπεριφοράς τους υπό σεισμική κινηματική καταπόνηση και στην ανάπτυξη προτάσεων για τον καλύτερο δυνατό αντισεισμικό σχεδιασμό τους. Ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται μέσω της ανάπτυξης προηγμένων αναλυτικών αλλά και αριθμητικών μεθοδολογιών, χρησιμοποιώντας κλασσικές θεωρίες της μηχανικής, διάφορες αναλυτικές σχέσεις, τις μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων και πεπερασμένων διαφορών, κ.α. Στις προσομοιώσεις γίνεται χρήση ρεαλιστικών δεδομένων και παραδοχών που έχουν προκύψει από πειραματικές μελέτες, δεδομένα πεδίου και αναλυτικές μεθοδολογίες. Τα αποτελέσματα από τα παραπάνω προσομοιώματα συγκρίνονται με πειραματικά και αριθμητικά αποτελέσματα άλλων ερευνητών για την εξασφάλιση της επίτευξης ρεαλιστικών και αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Για την πρακτική εφαρμοσιμότητα των μεθοδολογιών, χρησιμοποιούνται ρεαλιστικά τοπογραφικά, γεωλογικά και γεωτεχνικά δεδομένα από την περιοχή της ανατολικής Μεσογείου, καθώς επίσης και δεδομένα από τον υπό κατασκευή Αδριατικό Αγωγό φυσικού αερίου (Trans Adriatic Pipeline -TAP). Το κρίσιμο ζήτημα της αλληλεπίδρασης εδάφους-αγωγού προσομοιώνεται με βάση τις μεθοδολογίες που προτείνονται σε πρόσφατους κανονισμούς. Συνοψίζοντας, πρώτος στόχος της Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη υποθαλάσσιων αγωγών υπό κινηματική καταπόνηση λόγω κατολίσθησης για διάφορες γωνίες διασταύρωσης της μετακινούμενης μάζας με τον αγωγό. Στη συνέχεια, διερευνάται η διάδοση δευτερογενών ρηγμάτων μέσα από εδαφικές στρώσεις, αλλά και η κινηματική καταπόνηση αγωγών λόγω διασταύρωσης με αυτά τα ρήγματα. Η παρουσία δευτερογενών ρηγμάτων είναι ένα αρκετά συνηθισμένο φαινόμενο που δεν έχει ερευνηθεί μέχρι σήμερα αναφορικά με την επίδραση που μπορεί να έχει σε αγωγούς. Τρίτος στόχος είναι η σύγκριση της αποτελεσματικότητας διαφόρων μέτρων προστασίας που εφαρμόζονται σε υποθαλάσσιους αγωγούς μεγάλου βάθους. Οι αγωγοί αυτοί τοποθετούνται συνήθως απευθείας στην επιφάνεια του πυθμένα, ενώ το εύρος των εφαρμόσιμων μέτρων προστασίας είναι περιορισμένο λόγω του υψηλού κόστους και των τεχνικών δυσκολιών. Τέλος, οι διάφορες μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν εφαρμόζονται μέσω κατάλληλου υπολογιστικού εργαλείου για τη βελτίωση της χάραξης υποθαλάσσιων αγωγών.