سد های بتنی با چه ترفندی ایجاد می شوند؟
مقدمه
سدهای بتونی به چهار شکل اساسی ساخته شده اند. سد جاذبه بتن دارای مقاومت به عنوان وزن است. مقطع عرضی این سد مثلث به نظر می رسد و پایه پهن آن تقریباً سه چهارم ارتفاع سد است. آب موجود در مخزن بالادست سد به صورت افقی به سمت سد فشار می آورد و وزن سد جاذبه به سمت پایین فشار می آورد تا فشار آب را خنثی کند. سد نگهدارنده بتونی همچنین از وزن خود برای مقاومت در برابر نیروی آب استفاده می کند. با این حال ، باریک تر است و در پایه یا انگشت سد در سمت پایین دست پشتیبانی می کند. این تکیه گاه ها ممکن است دیواره های باریکی باشند که از قسمت جلویی سد به بیرون امتداد یافته اند ، دقیقاً مانند "تکیه گاه های پرنده" که از دیواره های کلیسای جامع حمایت می کنند یا یک تکیه گاه منفرد مانند یک سد کوتاه ممکن است در امتداد عرض انگشت سد ساخته شود.
سد قوسی یکی از ظریف ترین سازه های مهندسی عمران است. در مقطع عرضی ، بند سد باریک است ، اما وقتی از بالا مشاهده می شود ، خمیده است بنابراین قوس رو به آب است و کاسه منحنی به پایین دست نگاه می کند. این طرح از خصوصیات بتن به عنوان مقاومت آن استفاده می کند. بتن از نظر کششی قوی نیست (هنگامی که کشیده یا کشیده می شود) ، اما از نظر فشاری بسیار محکم است (هنگامی که تحت فشار قرار می گیرد یا وزن می شود). سد قوسی از فشار آب پشت خود برای فشار بر روی بتن و بستن اتصالات استفاده می کند. نیروی آب بخشی از طراحی سد است. همانطور که از نام آن پیداست ، سد جاذبه قوسی ترکیبی از نوع قوس و نوع گرانش است. شکل قوس وسیع تری است. سدهای چند قوسی ، فن آوری طرح های قوس و تکیه گاه را با تعدادی طاق منفرد پشتیبانی شده توسط پشتیبان ها ترکیب می کنند.
از سدهای بتنی بیشتر از پر کردن سدها برای تولید نیروی برق استفاده می شود زیرا می توان دروازه هایی (که به آنها شلخته نیز می گویند) یا انواع دیگر سازه های خروجی در بتن تعبیه شده تا بتواند به صورت کنترل شده آب از مخزن آزاد شود. در صورت نیاز به آب برای تأمین برق ، آب آشامیدنی یا آبیاری در پایین دست ، می توان دروازه ها را باز کرد تا مقدار مورد نیاز در مدت زمان مشخص آزاد شود. می توان آب را در رودخانه پایین دست جریان داد تا ماهی ها و سایر حیوانات وحشی بتوانند زنده بمانند. هر دو سد بتونی و سد پر باید از نشت اضطراری برخوردار باشند تا قبل از جاری شدن آب از بالای سد و تاج سد و تخریب بالقوه آن ، آبهای سیلاب با خیال راحت در پایین دست آزاد شوند. سرریزها آب را در پایین دست و بسیار پایین و انگشت سد هدایت می کنند تا سد و پایه آن فرسوده نشود.
عمران سازه
بیشتر سدهای ساخته شده در قرن بیستم و آنهایی که امروزه در حال طراحی هستند چندین هدف دارند. بیش از 40،000 سد بالاتر از 45 فوت (15 متر) و طبقه بندی شده به عنوان سدهای بزرگ وجود دارد و بیش از نیمی از این سدها از سال 1960 ساخته شده است. از این سدها ، 16٪ آنها در ایالات متحده و 52٪ در چین است. 83٪ سدهای پر از آب است که عمدتا برای ذخیره آب استفاده می شود و 17٪ باقیمانده سدهای بتونی یا سنگ تراشی با اهداف مختلف است. سدهایی که نیروی برق آبی تولید می کنند ، 20٪ برق در جهان تولید می کنند.
مرتبط: ساختمان طبیعی
سابقه سد های بتنی
سدهای پر کردن ممکن است یک روش ساختمانی بسیار قدیمی تر از سدهای بتونی یا سنگ تراشی باشد ، اما قدیمی ترین سد باقیمانده سد ال کفارا در حدود 32 مایل (32 کیلومتری) جنوب قاهره ، مصر است. این سد در واقع یک کامپوزیت است که از دو دیوار سنگ تراشی تشکیل شده است و فاصله آن از سنگ ریزه پر شده است. بین سالهای 2،950 و 2،750 قبل از میلاد ساخته شده است.
رومیان باستان تکنیک های برتر برای ساخت و ساز با سنگ تراشی را توسعه داده اند ، اما ، جالب است که آنها اغلب از مهارت های سنگ تراشی خود در ساخت سد استفاده نمی کردند. یک استثنا سد پروسرپینا در مریدا ، اسپانیا بود که امروز نیز پابرجاست. تحولات رومیان توسط دیگران غافل نشدند. در حدود سال 550 پس از میلاد ، بیزانسی ها در حاشیه شرقی امپراتوری روم از شکل قوس سنگ تراشی رومی برای ساخت آنچه که تاریخ معتقد است اولین سد جاذبه قوسی جهان است استفاده کردند. سد سازی با فتح کنندگان به آمریکا آمد. در مکزیک ، آنها زمین های خشک را که نیاز به آبیاری داشتند دیدند و از سدهای ساخته شده توسط رومی ها ، مسلمانان و مسیحیان اسپانیا در وطن خود تقلید کردند. کلیسای کاتولیک بودجه ساخت و ساز را تأمین می کرد و بسیاری از مبلغین مهندس ماهری بودند.
اقلیم های شمالی بارندگی بیشتری تولید می کردند ، بنابراین انرژی آب به طور طبیعی اتفاق می افتاد و تأمین آب فراوان بود. با این وجود ، در قرن هجدهم ، ظهور صنعت نیاز به تأمین مداوم و قابل اعتماد نیروی آب را داشت که با نیروی بیشتری تحویل داده شود ، بنابراین ساخت سدهای بتونی و بتونی در اروپا رایج شد. انقلاب صنعتی همچنین تحولاتی را در علم و مهندسی ایجاد کرد و تخصص مهندسی عمران ، که شامل طراحی و ساخت سازه ها برای بهبود کیفیت زندگی است ، در دهه 1850 به وجود آمد. مهندسان عمران اولیه شروع به مطالعه فیزیک سر آیزاک نیوتون و سایر نظریه های علمی و کاربرد آنها در ساختارهای عملی از جمله سدها کردند.
با نزدیک شدن به زمستان 1010-1999 این سد هنوز در دست ساخت بود. با قرار دادن مقداری از بتن ، دما زیر یخ زدگی بود و مراحل نهایی ساخت با شتاب تمام شد. سد در حدود اول دسامبر سال 1909 به پایان رسید و با پایان ساخت و ساز شکافی از تاج سد به صورت عمودی به زمین قابل مشاهده بود. در پایان ماه ، ترک دوم ظاهر شد. به نظر می رسد هر دو ترک ناشی از انقباض بتن بوده است. در 17 ژانویه 1910 ، طلسم گرم باران های شدیدی را به بار آورد و باعث ذوب سریع برف شد و چهار روز بعد ، آب سیل بر روی سرریز ریخت.
تمام جنبه های فنی سد آستین ضعیف بود. خرابی های ساختمانی واضح بود و شامل استفاده از سنگدانه ضعیف و بیش از حد بزرگ بود که در هوای یخ زده در بتن اصلاح نشده است. وقتی شکست در ژانویه 1910 رخ داد ، نشان داد که ساختار سد و سنگ بستر آن از کار افتاده است. بی توجهی مالک / اپراتور به تعمیرات توصیه شده مهندس مهر و موم مهلک بود.
مواد خام مورد استفاده در ساخت سد بتنی
مواد اولیه اصلی سدهای بتونی ، خود بتن و تقویت کننده های فولادی است. تعداد دیگری از مواد و اجزای ساخته شده توسط پیمانکاران تخصصی ممکن است در ساخت سد استفاده شود و شامل دروازه های فولادی و آسترهای تونل ، واتراستاپ های لاستیکی ، ترکیبات پلاستیکی برای پر کردن اتصالات برای جلوگیری از حرکت آب ، کنترل های برق و سیم کشی ، سیفون ها ، شیرآلات ، ژنراتورهای تولید برق است. ، مجموعه وسیعی از ابزارها ، و حتی ورق تفلون برای قرار دادن ساختارهای خروجی آب برای جلوگیری از تلاطم و ایجاد حفره (آسیب ناشی از چرخش آب).
بتن خود از سیمان ، آب و موادی ساخته می شود که در مجموع سنگدانه ای نامیده می شود و از شن و ماسه تشکیل شده است. سیمان دارای خصوصیات منحصر به فردی است که باید در انتخاب سیمان ، طراحی سد و زمان بندی مورد توجه قرار گیرد. مخلوط شدن سیمان و آب باعث یک واکنش شیمیایی می شود که بتن را سخت می کند اما باعث آزاد شدن گرما نیز می شود. این امر باعث افزایش مشخص دما در داخل انبوهی از بتن می شود و هنگامی که بتن شروع به خنک شدن می کند ، منقبض شده و ترک می خورد و به طور بالقوه باعث نشت می شود. برای محدود کردن این اثرات ، می توان بتن را وقتی قرار داد که دمای هوا کم است ، می توان از سیمان با حرارت کم استفاده کرد و می توان آب را از طریق لوله های داخل بتن گردش داد. بعلاوه ، بتن باید در بالابرهای کم عمق قرار گیرد (یعنی فقط چند فوت یا متر در هر بار به آن اضافه می شود) و در بلوک های باریک. پس از آن باید اجازه داده شود تا در حداقل زمان مشخص شده پخت شود تا گرما پراکنده شود. بسته به طراحی سد ، مهندسان مخلوط بتن (شامل سیمان و نوع سنگدانه) را با دقت زیاد انتخاب می کنند. یک سد قوس نازک با مخلوط بتنی متفاوت از یک سد جاذبه عظیم طراحی شده است.
منابع مورد استفاده در ساخت و ساز
طراحی سد
طراحی سد بتونی به هدف سد و پیکربندی محلی که در آن ساخته می شود بستگی دارد. سدها دو نوع کلی دارند. سدهای سرریز جریان را در یک جریان مسدود کرده و آب را برای تولید نیرو یا بهبود ناوبری و تأمین آب آبیاری مهار می کنند. اجزای یک سد سرریز به این منظور طراحی شده اند که می توان آب را آزاد کرد و سطح آب مخزن را با مجموعه ای از دروازه های شکاف ، سرریزها یا تونل های خروجی تنظیم کرد. سدها بدون سرریز آب را برای تأمین آب آشامیدنی ، آبیاری یا برق ذخیره می کنند. آنها همچنین دارای یک نشت هستند ، اما استفاده از آن برای موارد اضطراری محدود است تا سطح آب را به سرعت در هنگام سیل کاهش دهد. روش های آزاد سازی آب ذخیره شده بسیار محدودتر از سدهای سرریز است و ممکن است خود سد حاوی هیچ ساختار خروجی نباشد. در عوض ، ممکن است آب برای آبیاری پمپ شود ، به عنوان مثال ، از بخشی از مخزن.
برخی از سایت ها مناسب ترین نوع سدها هستند. سد قوسی برای ساخت و ساز در یک تنگه مرتفع و باریک که قوس شکل سازه مقاومت آن را فراهم می کند ، مناسب ترین است.
روند ساخت سد های بتنی
قبل از شروع ساخت و ساز روی هر سدی ، باید آب موجود در رودخانه هدایت شود یا از جریان آن در سایت جلوگیری شود. همانطور که در مورد سدهای پر ، باید یک سد کف (ساختاری موقت برای توقیف آب) ساخته شود یا آب باید از کانال سد به کانال یا ناحیه ای پایین رودخانه هدایت شود. برای پروژه های بزرگ ، این ساخت و ساز ممکن است چندین فصل قبل از شروع ساخت سد انجام شود. جریان آب در لحظه آخر قطع می شود.
قبل از قرار دادن اولین بتن برای سد ، مساحت زیرسازی هر سد بتونی باید خالص باشد. در مورد سدهای پر کردن ، این یک فرایند دقیق حفاری ، تمیز کردن و ترمیم سنگ در کل "رد پا" پی و در هر دو تکیه گاه است (طرفین دره که انتهای سد را تشکیل می دهد). سایت های بلافاصله پایین دست سد برای هر نیروگاه ، حوضچه ساکن یا ساختار دیگر نیز باید آماده شوند.
در برخی از سایت ها ، ممکن است کارهای گسترده ای لازم باشد. اگر سنگ موجود در پی یا تکیه گاه ها به دلیل بار تحمیل شده توسط سد و مخزن آن ، فعالیت زلزله یا خصوصیات سنگ مستعد شکستگی باشد ، ممکن است لازم باشد سیستم های گسترده ای از پیچ و مهره های سنگ یا پیچ لنگر نصب کنید که از طریق مناطق احتمالی شکستگی به سنگ تزریق می شود. در تکیه گاه های بالای سد ، ممکن است سیستم های پیچ و مهره سنگی و تور برای جلوگیری از افتادن قطعات بزرگ سنگ روی سد مورد نیاز باشد. ابزارهایی برای نظارت بر سطح آبهای زیرزمینی ، حرکت مشترک ، نشت احتمالی ، حرکات شیب و فعالیت لرزه ای در مراحل اولیه آماده سازی پایه از طریق تکمیل سد نصب می شوند.
ممکن است یک دیواره برش در عمق سنگ حفر شود و یا سوراخهایی برای نصب فولاد تقویت کننده ، به نام میلگرد ، در فونداسیون ایجاد شود که تا سد امتداد یافته و به فولاد داخل بالابرهای اول سد بسته می شود. ایده ساخت مخزنی است که مانند یک کاسه به همان اندازه در محیط اطراف آن صدا باشد. آب در سد عمیق ترین و سنگین ترین است (وقتی که مخزن نزدیک ظرفیت باشد) بنابراین سد و پایه آن نمی توانند نقطه ضعفی در این محیط باشند.
فرم های ساخته شده از چوب یا فولاد در امتداد لبه های هر بخش از سد ساخته می شوند. میلگرد در داخل فرم ها قرار می گیرد و به هر میلگرد مجاور که قبلاً نصب شده گره خورده است. سپس بتن ریخته یا پمپ می شود. ارتفاع هر بالابر بتن معمولاً فقط 5-10 فوت (1.5-3 متر) و طول و عرض هر بخش سد است که باید به عنوان واحد ریخته شود ، تقریباً 50 فوت است ( 15 متر) ساخت و ساز از این طریق ادامه می یابد که سد به صورت بخش به قسمت بالا می رود و با بالابر بلند می شود. برخی از سدهای بزرگ در بخشهایی به نام بلوک با کلید یا بین قفل ساخته شده اند که بلوکهای مجاور و همچنین اتصالات سازه ای فولادی را بهم پیوند می دهند.
روند کار تقریباً شبیه ساخت یک ساختمان است با این تفاوت که سد فضای داخلی بسیار کمتری دارد. با کمال تعجب ، سدهای اصلی بتونی دارای گالری های مشاهده در سطوح مختلف هستند ، بنابراین می توان وضعیت داخل سد را برای نشت و حرکت مشاهده کرد. تونل های ورودی و خروجی یا سایر سازه ها نیز از میان سدهای بتونی عبور می کنند و باعث می شود تفاوت آنها با سدهای پر که دارای ساختارهای نفوذی به جرم سد هستند بسیار کم باشد.
به محض ساختن قسمت قابل توجهی از سد ، روند پر شدن مخزن ممکن است آغاز شود. این کار به منظور کنترل تنش های وارد شده به سد و مشاهده عملکرد اولیه آن ، به صورت کاملاً کنترل شده انجام می شود. اگر ساختمان سد بیش از یک فصل احداث داشته باشد ، یک سرریز اضطراری موقت ساخته می شود. ساخت طولانی مدت معمولاً در فازهایی انجام می شود که مراحل نامیده می شوند ، اما هر مرحله به طور کامل کامل است و یک سد عملیاتی است. صندوق بالادست ممکن است به عنوان یک اقدام احتیاطی موقت در جای خود باقی بماند ، اما معمولاً برای نگهداری بیش از حداقل جریان جریان و بارندگی طراحی نشده است و به محض عملی از بین خواهد رفت. بسته به نوع طراحی ، برخی از سدها تا زمانی که اساساً ساخت و ساز به پایان نرسد ، پر نمی شوند.
سازه های دیگری که سد را عملیاتی می کنند به محض رسیدن به ارتفاع محل قرارگیری آنها با بالا آمدن سد اضافه می شوند. اجزای نهایی حفاظت از فرسایش در سمت بالادست سد، ابزارهای امتداد تاج سد و جاده ها ، پیاده روهای فرعی ، چراغ ها و نگهدارنده است. دیوارها یک سد بزرگ دارای یک جاده کامل در امتداد تاج آن است. سدهای کوچک دارای جاده های تعمیر و نگهداری هستند که فقط اجازه دسترسی تک پرونده ای به وسایل نقلیه را می دهند.
مباحث عمران، ساخت و ساز و منابع ساخت و ساز در بلاگ عمران سازه در خدمت ملت ایران برای ارتقاء اطلاعات مورد نیاز برای افراد متقاضی می باشد.
