انواع سد بر اساس ساختار

انواع سد بر اساس ساختار چه هستند؟
یکی از تقسیم بندی های رایج برای تعیین نوع سدها، دسته بندی آن ها بر اساس ساختارشان است. سدها بر اساس ساختار به انواع قوسی، وزنی، پشت بنددار و خاک ریزی تقسیم می شوند.

سد قوسی چیست؟
«سدهای قوسی» (Arch Dams)، نوعی از سدهای بتنی هستند که در خلاف جریان آب، انحنای محدب دارند. طراحی سدهای قوسی به گونه ای است که با اعمال نیروی افقی آب (فشار هیدرواستاتیک)، قوس سد به مقدار کمی صاف می شود و به سمت فونداسیون یا تکیه گاه ها حرکت می کند.

به این ترتیب، فشار هیدرواستاتیک از طریق قوس به تکیه گاه ها منتقل می شود. در نتیجه، مقاومت سازه افزایش می یابد.

دره های باریک با تکیه گاه های پرشیب و سنگ های مقاوم، گزینه بسیار مناسبی برای ساخت سدهای قوسی هستند.

به دلیل نحوه عملکرد بهینه سدهای قوسی، ضخامت آن ها نسبت به دیگر سدها کم تر است. این موضوع، میزان مصالح مصرفی را کاهش می دهد و سدهای قوسی را به یک گزینه اقتصادی و کاربردی در مناطق دورافتاده تبدیل می کند.

سدهای قوسی دارای انواع مختلفی هستند که تقسیم بندی آن ها به زاویه، شعاع و انحنا بستگی دارد. بر این اساس، انواع سدهای قوسی را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

• «سدهای قوسی با شعاع ثابت» (Constant Radius Arch Dams):قوس خارجی (در تماس با آب)، دارای شعاع ثابت در تمام ارتفاع ها است. در طرف مقابل، قوس داخلی (رو به جریان آب) به گونه ای است که با کاهش ارتفاع، شعاع نیز کاهش می یابد.
• «سدهای قوسی با شعاع متغیر» (Variable Radius Arch Dams): مقدار شعاع قوس خارجی و داخلی با کاهش ارتفاع کاهش می یابد.
• «سدهای قوسی با زاویه ثابت» (Constant Angle Arch Dams): شعاع مرکزی قوس در برای تمام ارتفاع ها یکسان است.
• «سدهای دوقوسی» (Double Curvature Arch Dams): اگر سدهای قوسی هم در راستای افقی و هم در راستای عمودی دارای انحنا باشند، به آن ها سد دوقوسی گفته می شود.
• «سدهای قوسی وزنی» (Arch-Gravity Dams): از ویژگی های سدهای قوسی و وزنی بهره می برد.

از مزایای سدهای قوسی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کم بودن مشکلات ناشی از فشار آپلیفت (رو به بالا) به دلیل عرض کم دره.
• کم بودن مصالح مصرفی و اقتصادی بودن.
• امکان اجرا بر روی فونداسیون متوسط.

معایب اصلی سدهای قوسی عبارت هستند از:

• پایین بودن سرعت ساخت.
• نیاز به نیروی کار ماهر.
• نیاز قالب بندی حرفه ای و دقیق.
• مناسب نبودن برای تکیه گاه های ضعیف.

سد وزنی چیست؟
«سد وزنی» (Gravity Dam)، با استفاده از وزن خود (نیروی عمودی رو به پایین)، در برابر نیروهای خارجی نظیر فشار هیدرواستاتیک، آپلیفت، موج، باد، یخ، زلزله و غیره مقاومت می کند.

به دلیل ماهیت سدهای وزنی، برای ساخت آن ها به یک فونداسیون مناسب (ترجیحا یک لایه سنگی ضخیم) نیاز است. سدهای وزنی با استفاده از بتن معمولی یا بتن غلتکی، مصالح بنایی یا بتن آرمه ساخته می شوند.

شکل سطح مقطع سدهای وزنی تقریبا مثلثی و محور آن ها مستقیم است. به منظور مقاومت در برابر فشار آپلیفت در این نوع سدها می توان از مجرای نفوذ آب استفاده کرد. سدهای وزنی برای مقاصد مختلفی نظیر کنترل جریان برف های آب شده در یک رود و یا ذخیره آب در فصل گرما مورد استفاده قرار می گیرند.

سرریز در اکثر سدهای وزنی به مقدار کمی پایین تر از تاج قرار دارد. این سدها، نوعی از سدهای سرریز به حساب می آیند.

اکثر سدهای وزنی بدون انحنا هستند. البته در برخی از سدهای وزنی بتنی یا سنگی، به منظور بهره مندی از رفتار قوسی و افزایش مقاومت، محور سد با انحنا ساخته می شود. به این سدها، سدهای قوسی-وزنی می گویند.

سدهای وزنی دارای انواع مختلفی هستند که از مهم ترین آن ها می توان موارد زیر را نام برد:

• بتنی حجیم (معمولی یا غلتکی).
• ملاتی (مصالح بنایی مانند سنگ).
• توخالی (بتن آرمه).

از مزایای اصلی سدهای وزنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مناسب برای درهای پرشیب (احتمال لغزش سدهای خاکی).
• استحکام و پایداری بیشتر نسبت به سدهای خاکی.
• نیاز به تعمیر و نگهداری کم.
• عدم رخ دادن شکست ناگهانی.
• مناسب برای نواحی با احتمال بارش های شدید.
• لایروبی مخزن توسط آبگیرهای عمیق.

معایب سدهای وزنی عبارت هستند از:

• هزینه اولیه بالا.
• زمان اجرای نسبتا زیاد.
• نیاز به فونداسیون قوی.
• عدم امکان افزایش ارتفاع پس از اتمام ساخت.
• نیاز به نیروی کار ماهر در هنگام استفاده از بتن.

سد پشت بند دار یا سد پایه دار چیست؟
«سد پشت بند دار» (Buttress Dam)، سد پایه دار یا سد توخالی، نوعی از سدهای بتن آرمه است که از دو بخش تشکیل می شود.

بخش بالادست این سد، یک دیوار توپر ضد آب و شیب دار است که توسط چندین پشت بند با فاصله مشخص در بخش پایین دست نگهداری می شود. دیوار سد، می تواند به صورت صاف یا منحنی باشد.

سدهای پشت بنددار، وزن بالایی دارند. به همین دلیل، کف آن ها معمولا مقداری به داخل زمین فرو می رود.

سدهای پشت بنددار را می توان به عنوان نسخه اصلاح شده سدهای وزنی در نظر گرفت. به طور کلی، بتن زیادی در ساخت سدهای وزنی مصرف می شود. برای به حداقل رساندن مصرف بتن در سدهای پشت بنددار، نواحی بدون تنش (کم تنش) در سدهای وزنی حذف شده است.

آب پشت دیوار به سد نیرو وارد می کند اما عدم انعطاف پذیری پشت بندها، مانع از افتادن سازه می شود.

انواع سد پشت بنددار بر اساس ساختار پشت بند عبارت هستند از:

• دال تخت، پیوسته و طره ای.
• چندقوسی.
• چندگنبدی.
• ستونی.

هر چه ارتفاع سد پشت بنددار بیشتر باشد، تعداد پشت بندهای مورد استفاده نیز بیشتر خواهد بود. این نوع سد، برای نواحی با فونداسیون بسیار ضعیف مناسب است. مزایای سدهای پشت بنددار عبارت هستند از:

• عدم نیاز به فونداسیون قوی.
• فعال کردن مقاومت عمودی پشت بندها با اعمال فشار آب به دیوار شیب دار و افزایش پایداری سد.
• ضریب ایمنی بسیار بالاتر از سدهای وزنی.
• عدم تأثیر فشار یخ به دلیل لغزش بر روی سطح شیب دار.
• امکان افزایش ابعاد سد.
• مصرف پایین بتن (یک سوم سدهای وزنی).
• هزینه کم تر نسبت به سدهای وزنی.
• امکان راه اندازی تجهیزات تصفیه آب یا نیروگاه برق-آبی در فضای خالی بین پشت بندها.

از معایب سدهای پشت بنددار نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نیاز به نیروی کار ماهر به دلیل پیچیدگی قالب بندی.
• هزینه بالای قالب بندی و استفاده از میلگرد.
• احتمال فرسودگی و آسیب دال های نازک.

سد خاکریزی چیست؟
«سد خاکریزی» (Embankment یا Levee)، با استفاده از جانمایی مواد مختلفی نظیر خاک، شن، رس یا سنگ و تراکم آن ها ساخته می شود.

سدهای خاکی و سنگ ریزه ای از انواع شناخته شده سدهای خاکریزی هستند. ساختار این سدها از هسته نفوذناپذیر و پوشش طبیعی ساخته شده است.

سدهای خاکریزی، نوعی از سدهای غیر صلب محسوب می شوند.

انواع سدهای خاکریزی عبارت هستند از:

سد خاکریزی همگن:
این نوع سد، فقط از یک نوع خاک ساخته می شود. همگن بودن این سد، امکان نشت آب را افزایش می دهد. برای حل این مشکل می توان از خشکه چینی سنگ در سطح بالادست استفاده کرد.

سد خاکریزی ناهمگن:
این نوع سد، از یک هسته نفوذناپذیر (رس، سیلت یا مخلوط این دو) با پوشش نفوذپذیر (خاک معمولی) ساخته می شود.

سد خاکریزی دیافراگمی:
این نوع سد، از یک دیافراگم مرکزی نفوذناپذیر از جنس خاک، بتن، فولاد یا چوب ساخته می شود.

از مزایای اصلی سدهای خاکریزی می توان موارد زیر را نام برد:

• در دسترس بودن مصالح.
• طراحی ساده، اجرای آسان و عدم نیاز به تجهیزات زیاد.
• امکان اجرای بر روی تمام فونداسیون.
• به حداقل رساندن نشت و نشست فونداسیون های ضعیف.
• هزینه پایین ساخت.

معایب اصلی سدهای خاکریزی عبارت هستند از:

• احتمال آسیب دیدگی بر اثر جریان های سنگین و نیاز به سازه نگهبان.
• احتمال آسیب دیدگی فونداسیون در صورت تراکم نامناسب.
• نیاز به نگهداری و بررسی مداوم رشد گیاهان، هوازدگی، نشت و غیره.
• دشوار و نامناسب بودن برای ایجاد سرریز.