title: Αριθμητική διερεύνηση της απόκρισης μεταλλικών αγωγών υπό κινηματική καταπόνηση λόγω διασταύρωσης με δευτερογενή ρήγματα
title: Numerical study of steel pipelines kinematic distress due to secondary seismic fault rupture
Creators: name: Γεωργοκιτσος Νικολαος-Πελοπιδας
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Μία από τις μεγάλες προκλήσεις που έχει να αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα είναι αδιαμφισβήτητα το ενεργειακό ζήτημα, καθώς οι ενεργειακές απαιτήσεις αυξάνονται συνεχώς, μειώνοντας ταυτόχρονα τα αποθέματα υδρογονανθράκων και επιβαρύνοντας ολοένα και περισσότερο τον πλανήτη. Τα πρώτα δίκτυα αγωγών εμφανίστηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα με σκοπό τη μεταφορά των υδρογονανθράκων σε μεγάλες αποστάσεις. Σήμερα υπάρχουν μεγάλα δίκτυα αγωγών παγκοσμίως, κυρίως φυσικού αερίου, που καλύπτουν μεγάλες αποστάσεις στη στεριά και στη θάλασσα. Για τη μεταφορά φυσικού αερίου υπό συνθήκες υψηλή πίεσης με ασφάλεια εφορμόζεται κατάλληλο κανονιστικό και ρυθμιστικό πλαίσιο. Επιπροσθέτως, η επιλογή της βέλτιστης χάραξης ενός αγωγού μεγάλης κλίμακας προϋποθέτει εκτενή έρευνα σχετικά με τα γεωλογικά/γεωτεχνικά, σεισμικά, κ.α. χαρακτηριστικά της περιοχής διέλευσης του έτσι ώστε να εξασφαλιστεί τόσο η ασφαλής λειτουργία του αγωγού, αλλά και για να ελαχιστοποιηθεί η διακινδύνευση για τον πληθυσμό και το περιβάλλον της ευρύτερης περιοχής διέλευσης.  
Γίνεται εύκολα αντιληπτό, ότι ενδεχόμενες βλάβες και διαρροές είναι ιδιαίτερα δυσμενείς, τόσο σε περιβαλλοντικό όσο και σε οικονομικό επίπεδο. Παρόλο που η τεχνολογία και η κατασκευαστική πρακτική εξελίσσονται, ορισμένοι παλαιότεροι αγωγοί δεν πληρούν τα σύγχρονα κανονιστικά κριτήρια, ενώ σε κάποιους από αυτούς παρατηρούνται κατασκευαστικά λάθη και γήρανση που μπορούν να επηρεάσουν την ασφαλή λειτουργία τους. Προφανώς, ένας αγωγός οφείλει να πληροί όλα τα απαραίτητα κριτήρια και να συμμορφώνεται με τους ισχύοντες κανονισμούς, με στόχο την ελαχιστοποίηση της πιθανότητας εμφάνισης βλαβών κατά την κατασκευή και τη λειτουργία του σε όλη τη διάρκεια ζωής του έργου. Γι’ αυτόν τον σκοπό, θα πρέπει να πραγματοποιηθούν όλες οι απαραίτητες μελέτες ώστε να εντοπιστούν και να αποτιμηθούν πλήρως όλοι οι ανθρωπογενεις και φυσικοί κίνδυνοι, με έμφαση σε όσους σχετίζονται με τη σεισμική καταπόνηση των αγωγών.
Οι μόνιμες εδαφικές μετακινήσεις οι οποίες προκαλούνται εξαιτίας της διάρρηξης σεισμοτεκτονικών ρηγμάτων ευθύνονται για έναν σημαντικό αριθμό αστοχιών αγωγών. Συνεπώς, είναι απαραίτητο σε περιοχές που υπάρχουν σεισμικά ρήγματα να γίνεται ένας πλήρης αντισεισμικός σχεδιασμός έτσι ώστε ο αγωγός να μπορέσει να ανταπεξέλθει σε ενδεχόμενη διασταύρωση με κύρια, αλλά και με δευτερογενή ρήγματα. Με βάση τις απαιτούμενες γεωλογικές έρευνες, τα κύρια ρήγματα μπορούν να εντοπισθούν και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να αποφευχθούν με τον σχεδιασμό μιας εναλλακτικής διαδρομής του αγωγού. Όμως, πλησίον της κύριας διάρρηξης συχνά μπορεί να δημιουργηθούν αρκετές σημαντικές δευτερογενείς διαρρήξεις, οι οποίες μπορεί να μην είχαν αξιολογηθεί επαρκώς και ο αγωγός να τις διασχίζει με ότι αυτό συνεπάγεται για τη διακινδύνευση του, σε επίπεδα ακόμα και ανάλογα με τη διασταύρωση του με το κύριο ρήγμα. Στη σχετική βιβλιογραφία, οι μελέτες για τις δευτερογενείς διαρρήξεις είναι πολύ λιγότερες από τις αντίστοιχες για τις κύριες, ενώ είναι ακόμα λιγότερες οι σχετικές μελέτες για την ταυτόχρονη εξέταση της διάρρηξης κύριου και δευτερογενούς ρήγματος.
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η παραμετρική διερεύνηση της καταπόνησης ενός μεταλλικού αγωγού φυσικού αερίου εξαιτίας της ενδεχόμενης διασταύρωσης του με δευτερογενές ρήγμα (το οποίο τέμνει κάθετα το κύριο ρήγμα) στην προσπάθεια αποφυγής της  κύριας διάρρηξης. Στο πλαίσιο αυτό εξετάζεται η επίδραση των βασικών παραμέτρων του προβλήματος στις εδαφικές μετατοπίσεις και συνεπακόλουθα στις θλιπτικές και εφελκυστικές παραμορφώσεις του αγωγού. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που θα προέκυπταν από τη διασταύρωση του αγωγού με την κύρια διάρρηξη για τις περιπτώσεις κανονικού και ανάστροφου κύριου ρήγματος, καθώς και για την πιο σύνθετη περίπτωση κύριου ρήγματος λοξής μετατόπισης.

description: Energy is undoubtedly one of the major issues for modern societies, as energy demands are constantly increasing, while the available resources are reduced and the adverse environmental impact on the planet is increased. The first pipeline networks that were used to transport hydrocarbons over large distances were constructed at the beginning of the 20th century. Nowdays, large-scale pipelines, mainly for the transportation of natural gas under high pressure, can be found worldwide, both onshre and ofsohore. Therefore, it is imperative to establish efficient design guidelines and functioning regulations to ensure their safe operation. In addition, optimal route selection of such large-scale networks requires extensive research of the wider region to collect geological, geotechnical, seismological, etc. data in order to ensure the safe operation of the pipeline and to minimize the risk to population and the environment.
It is evident that potential damages can be particularly detrimental, both in environmental and financial terms. Although technology and construction practice are contantly upgraded, some of the existing pipelines do not fullfil contemporary design criteria, while construction defects and aging can deteriorate their safe operation. Accordingly, a pipeline must comply with existing regulations in order to minimize the propabilty of potential damges during its construction and operation within the whole life-cycle of the project. For this purpose, all necessary studies should be performed in order to identify and fully assess the impact of man-made and natural hazards, emphasizing on earthquake-related hazards and the consequent distress of the pipelines.
Permanent ground displacements due to the rupture of seismotectonic faults have caused many pipeline failures. Hence, in areas with large seismic faults it is necessary to carry out a holistic aseismic design so that the pipeline can withstand substantial soil deformations due to its potential intersection with the main as well as secondary faults. Typically, after the necessary geological investigations, the main faults can be identified and, in some cases, avoided by selecting an alternative pipeline routing. However, several significant secondary faults can often occur in the proximity of the main fault. This hazard may not have been adequately assessed; thus, the pipeline may cross a secondary fault and can be exposed to a substantial risk, even analogous to the risk of crossing the main fault. In the relevant literature the studies on secondary ruptures are less compared to the ones for main ruptures, whille they are even more limited regarding the simultaneous rupture of main and secondary faults.
The aim of the present diploma thesis is to investigate the response of a natural gas steel pipeline when crossing a secondary fault (aligned vertically to the main fault) in an attempt to avoid the main rupture. For this purpose, a detaild parametric investigation has been performed to assess the impact of the main parameters of the problem on the soil deformations and consequently on compressive and tensile strains of the pipeline. The obtained results are compared with those referring to the pipeline route crossing through the main rupture for the cases of normal and reverse main faults, as well as for the more complex case of oblique slip main fault rupture.