سد با مصالح سیمانی
سدهای با مصالح سیمانی (Cemented Material Dams)
برای ساخت یک سد باید مواردی نظیر عقلانی سازی مواد و مصالح در حین طراحی و طی اجرا در نظر گرفته شود. فناوری سد شن و سیمانی شده (Cemented Material Dams) نوعی از سدها است که به بهبود طراحی و اجرا کمک می کنند. این سدهای نوین روش جدیدی از طراحی و اجرای سد را پیش روی مهندسین قرار میدهند. در حالت بهینه و مناسب سطح مقطع اینگونه سدها بهصورت ذوزنقه است. در بالادست سدهای CMD برای جلوگیری از نفوذپذیری از یکلایه ناتراوا استفاده شده است. در سدهای ذوزنقهای شیبهای بدنه مهم بوده و شیب بالادست و پاییندست باید در شرایطی انتخاب شوند که همواره نیروی عکسالعمل (پی و فونداسیون) بهصورت فشاری باشد. سازه های بتنی و گالری بازدید و زهکش بتنی کنترلی و برای اطمینان بیشتر زهکش طولی نیز در قسمت پایین بالادست سد قرار دارند. سدهای CMD تقویتشده در کف، برای چسبندگی بیشتر بدنه و کف سد و همچنین افزایش دوام استفاده می شود. این نوع از سد علاوه بر کاهش هزینه ها به طور چشمگیر، با توجه به ملزومات مصالح سد می تواند حداکثر استفاده را از مصالح محلی برای اجتناب از تخریب پوشش گیاهی داشته باشند. به همین دلیل نام دیگر سد را سد بدون آلودگی (zero emission dam) گذاشته اند و به عنوان نوعی سازه دوستدار محیط زیست شناخته می شوند [۱].
مزایای سدهای با مصالح سیمانی
طراحی CMD در حالت الاستیک است که باعث میشود همخوانی بهتری با رفتار گالری و سایر اجزای بدنه سد که رفتار مشابه سدهای بتنی دارد، داشته باشند. سدهای CMD نوعی از سد است که مزایای هردو نوع سد ذوزنقهای و سیمانته شده را در بردارد. سدهای CMD با در نظر گرفتن عقلانی سازی در حالت طراحی و اجرا در نظر گرفته میشود[۲]. ازجمله مزایای این نوع سدها شامل:
- کنترل تنشهای وارده به سد در هنگام وقوع زلزلههای شدید
- کنترل نوسانات تنش در بدنه سد حتی هنگامیکه شرایط بارگذاری در سد تغییر کند.
- افزایش ضریب ایمنی در مقابل واژگونی و لغزش
عقلانی سازی در مصالح و اجرا
در سدهای CMD عقلانی سازی در مصالح و اجرا صورت میگیرد که مزایای آنها شامل:
- با استفاده از مصالحی که در نزدیکی محل سد قرار دارد، علاوه بر کاهش هزینه مقدار تأثیر کمتری بر روی محیطزیست اعمال میشود.
- با سادهسازی و حذف بسیاری از دستگاهها دانهبندی هزینه ساخت کاسته میشود.
- با کمک ماشینآلاتی که استفاده عمومی دارد، ساخت و اجرای سد با سرعت بیشتری صورت میگیرد.
سدهای CMD در هر سه حالت عقلانی سازی شدهاند.
عقلانی سازی مصالح: با در نظر گرفتن مقاومت کم برای مصالح سد، تأثیر اجرا بر روی آن کمتر خواهد بود و درنتیجه انتخاب مصالح انعطافپذیری بیشتری دارد.
عقلانی سازی در طراحی: با در نظر گرفتن شکل ذوزنقهای، مقاومت کمتری برای پایداری در برابر زلزله نیاز است.
عقلانی سازی در اجرا: با استفاده از ماشینآلات ساده تأمین میشود. برای طراحی هر سازه باید پایداری در هر دو حالت پایداری خارجی و پایداری داخلی را تأمین شود. پایداری خارجی با در نظر گرفتن پایداری در برابر لغزش و واژگونی تأمین میشود در حالتی که پایداری داخلی با در نظر گرفتن مقاومت مناسب مصالح استفاده شده در بدنه سد تأمین میشود[۲].
مشخصات CMD
رابطه بین تنش و کرنش در یک نمونه فشاری و محصور نشده از CMD نشان میدهد که مصالح بدنه سد، کاملاً مشخصات یک ماده الاستوپلاستیک را از خود بروز میدهد. حداکثر مقدار تنش در ناحیه الاستیک، یا ناحیه که در این شکل رابطهای خطی دارد، بهعنوان مقاومت CMD با توجه به این بازه طراحی میشود. بر همین اساس فرض میشود که سدهای ذوزنقهای با مصالح CMD، رفتاری مانند سازههای الاستیک دارند[۳].
تنش و مقاومت موردنیاز (پایداری داخلی)
تنشهای ایجادشده در سدهای مثلثی بیشتر از مقدار آنها در سدهای ذوزنقهای است. مصالح تشکیلدهنده یک سازه باید مقاومت کافی داشته باشند تا تنشهای ایجادشده در سازه را تحمل کنند. از طرفی مقاومت کششی مورد نیاز برای بتن در سدهای بتن وزنی استفاده شده تقریباً 10% مقاومت فشاری آن است. این در حالی است که سدها باید توسط مصالحی ساخته شوند که این تنشهای کششی را تحمل نمایند. بدین ترتیب مقاومت فشاری موردنیاز برای سدهای ذوزنقه حدود 14% سدهای بتنی است.
مقاومت واژگونی (پایداری خارجی)
به دلیل شکلی که سدهای CMD دارند، امکان واژگونی در آنها غیرممکن است. بههرحال این نوع سد طوری طراحی میشود که در تمام شرایط حتی باوجود اعمال بارهای دینامیکی زلزله، تنشهای عمودی در تمام طول سطح کف سد، بهصورت فشاری باقی بماند که این امر باعث جلوگیری از واژگونی سد میشود. این شرایط از الزامات طراحی در سدهای CMD است. در سدهای با مقطع مثلثی در هنگام وقوع زلزله تنشهای عمودی، در مجاورت پاشنه و پنجه سد بهصورت تنشهای کششی است. بنابراین سدهای مثلثی بر اساس تنشها طراحی میشوند و این پایداری در برابر تنشهای کششی با یکپارچه کردن بدنه سد و سنگبستر ایجاد میگردند. درحالیکه برای یک سد با مقطع ذوزنقهای لازم نیست که بدنه سد و سنگبستر به هم متصل باشند[۴].
مقاومت در برابر لغزش (پایداری خارجی)
تا زمانی که سد CMD طوری طراحی شود که عرض آن بزرگتر از عرض بدنه سد بتنی باشد و در دو طرف بدنه شیب متقارن باشد، تغییرات نیروی برشی بسیار کم بوده و تنشهای عمودی در مجاورت سنگبستر به دلیل شکل ذوزنقهای سد همچنان فشاری باقی میماند؛ بنابراین باوجود نیروی اصطکاک بین بدنه و سنگبستر، سد ساکن باقیمانده و نمیلغزد. درحالیکه در سدهای مثلثی تنش کششی در بالادست بیشتر بوده و تنش برشی زیادی در پاییندست سد اعمال میشود.
روش ساخت CMD
CMD از اختلاط آب و سیمان و سنگدانههای که به راحتی از اطراف سایت سد قابل بهرهبرداری است به دست میآید. اجرای این سد به وسیله ماشینآلات ساده بوده و مصالح سنگدانه ای طی فرآیند سادهای مثل حذف کردن یا خرد کردن دانههای بزرگ تهیه میشوند که در این طرح اختلاط نیازی به مرتب کردن دانهبندی و شست شوی بسیار دقیق نیست. اجرای سدهای CMD پخش مصالح به وسیله بلدوزر و تراکم آن بهوسیله غلتکهای ارتعاشی انجام می شود. روش ساخت CMD برای اولین بار برای ساخت سد ناگاشیما استفاده شد. بعد از آن از این روش در ساخت فراز بندها و شیبها بندها و غیره استفاده شد. اخیراً از این روش در سیستم کنترل سد که بهصورت ذوزنقهای طراحیشده و در ساخت فرعی سد کاوای استفاده شده است. مصالح خام که نسبتاً بهراحتی در دسترس هستند، عموماً بهصورت مصالحی چون مصالح مازاد حاصل از حفاری، شن و ماسه کف رودخانه و سنگهای هوازده میباشند. به دلیل اینکه مقاومت موردنیاز مصالح CMD خیلی زیاد نیست، کیفیت مصالح خام CMD موردنیاز کمتر از سنگدانههای بتن است. بهطور دقیقتر میتوان گفت: مصالح CMD فقط با حذف کردن دانههای بسیار درشت یا خرد کردن آنها و بدون نیاز به دانهبندی و یا ترکیب کردن و یا شستن آنها به دست می آید. بر این اساس تولید مصالح CMD نیازی به وسایل تنظیم دانهبندی یا جداکننده دانهها از هم که برای تولید بتن معمولی نیاز است، ندارد[۵].
سدهای با مصالح سیمانی تنها مقدار بسیار کمی سیمان در واحد حجم (سیمان واحد) و آب در واحد حجم (آب واحد) نیاز دارد. بهطور تجربی این مقدار سیمان فقط برای رساندن بتن به حالتی است که شیره بتن ایجاد شود. بر همین اساس، اجرای سد میتواند بسیار سادهتر و سریعتر انجام شود. بهطور معمول، مقدار سیمان واحد در سدهای با مصالح سیمانی، 80kg/m3 فرض میشود. بهعلاوه در اکثر سدهای ذوزنقهای با مصالح شن و ماسه سیمانته شده، نیازی به یکپارچه کردن بدنه سد و سنگ فونداسیون نیست، لذا هیچ ملات زیرسازی تهیه نخواهد شد تا روی سنگ فونداسیون و مقطع CMD را متصل کند. تنها مبحث کنترلی که همانند سدهای بتنی اعمال میشود، کنترل نشت از مقطع بتن یا CMD است که باید علاج بخشیهای لازم را انجام داد[۶]. برای کنترل این جریان باید همانند سدهای بتنی، یک طول کافی برای جلوگیری از نشت (خزش) ایجاد شود تا بدنه سد را به فونداسیون متصل نماید. با اینحال، پوسته بتنی محافظی نیز برای جلوگیری از فرسایش و اطمینان از آببند بودن بدنه سد، روی سطح بالادست قرار داده میشود که این لایه دارای درزههای اجرایی و صفحات قطع کننده جریان آب به فاصله 15 متر از هم است. بنا بر دلایل فوق، اجرای یک مقطع CMD نسبت به یک سد بتنی وزنی سریعتر انجام میشود. بهعلاوه، در عملیات ساخت و اجرا، هیچکدام از مراحل ریختن مصالح CMD، ریختن رویه محافظ بتنی، نصب و جایگذاری قالبها، در جزئیات به هم وابسته نیستند و در مکانهای مختلف انجام میشوند.
مراجع:
This article "سد با مصالح سیمانی" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:سد با مصالح سیمانی. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ https://www.researchgate.net/publication/318463628_Basic_constitutive_models_for_cemented_material_dams
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).