تحقیق در رابطه با رفتار لرزهای سدهای بتنی به علت اهمیت ایمنی سد در هنگام زلزله و سر ریز شدن آن و همچنین موضوع کاهش عمر مفید سدها مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. تخریب سدهای بتنی در اثر زلزله پیامد سو اقتصادی و اجتماعی را در پی دارد.
از تعداد سدهایی که در طول تاریخ دچار شکست و خرابی شده فقط اندکی از آن ها به دلیل وقوع زلزله بوده که از سدهای بتنی مهمی نبوده اند.
نکات مهم در طراحی قدیمی سدها
بر اساس معیارهای طراحی قدیمی سدها، ضریب اطمینان بزرگی باید در برابر واژگونی لغزش و ایجاد تنش بیش از حد در همه جوانب بارگذاری در نظر گرفته شود. تنشهای فشاری باید کمتر از حد مجاز باشد. تنش کششی معمولاً مجاز نبوده و اگر هم مجاز باشد احتمال ترک خوردن بتن چندان جدی گرفته نخواهد شد. تنش عامل محدود کنندهای در طراحی سدهای بتنی وزنی نمی باشد.
مسئله مهم در ارزیابی سد
برای ارزیابی ایمنی و پایداری سدهای قدیم و طرح های پیشنهادی برای سد های جدید، تعیین اثرات زلزله بر روی سد های بتنی امری ضروری است. پیش بینی و سنجش رفتار سدهای بتنی در زمان وقوع زلزله یکی از پیچیدهترین و سختترین مسائل در دینامیک سازه می باشد.
واکنش سد های بتنی در زمان وقوع زلزله
در زمان وقوع شدید زلزله، درزهای ساختمانی قائم می تواند بلغزد یا باز شود، بتن ترک خورده و آب مخزن در بعضی قسمتها از سطح سراب سد جدا شود که منجر به خلا زایی (کاویتاسیون) می شود. این پدیدهها خطی نیستند و شبیه سازی،مدل سازی توزیع صحیح علل و درک آن ها بسیار مشکل است. نیروهای زلزله نیروهای استاتیکی تلقی می شوند که با بارهای ثقلی ترکیب خواهند شد.
عوامل کاهش عمر مفید سدها
- رسوب گذاری مخزن
- عدم اطلاعات صحیح پایه ای
- و …
بر هم کنش سد و آب
این کنش از آنجا نشئت می گیرد که فشارهای هیدرودینامیکی بر روی تغییر شکلهای سد و تغییر شکل هم بر روی فشار اثر میگذارد. این بر هم کنش در معادلات حرکت منجر به ایجاد اثرات هیدرودینامیکی وابسته به فرکانس میشود که بر نیروی دینامیکی ایجاد شده سد اثر میگذارد. اثرات هیدرودینامیکی را به نیروی افزوده که برای حرکات افقی و عمودی زمین متفاوت است، به جرم افزوده و میرایی افزوده می توان هماهنگ و تفسیر کرد. جرم هیدرودینامیکی افزوده با فرض پر بودن مخزن و صلب بودن کف مخزن، دوره تشدید پایه را افزایش خواهد داد.
مشخص است که برهم کنش سد و آب تاثیر اندکی بر روی فرکانسهای تشدید بالاتر دارد ولی از دامنه نوسان پیشینههای تشدید بالاتر میکاهد زیرا اگر تراکم پذیری آب در نظر گرفته شود میرایی در فرکانسها افزایش مییابد.
حرکت افقی زمین نیروی هیدرودینامیکی زیاد شده برای حرکت قائم زمین که به طور جانبی بر روی سد به وجود می آورد، در تمام فرکانسهای تحرکی در مقایسه با نیروی موثر یا زلزله برای جسم سد، بزرگ است. به ویژه اگر کف مخزن غیر جاذب بوده و نیروی افزوده برای حرکت قائم زمین در فرکانسهای ارتعاش طبیعی آب مخزن نامحدود بوده و منجر به پیکهای نامحدود در تابع جوابگویی فرکانسی برای سد تدیل خواهد شد.
فشار هیدرودینامیکی
سد در هنگام وقوع زلزله در قسمت ارتعاش اجباری سیستم می افتد و این ارتعاش باعث حرکات ارتعاشی نمای بالا دست نسبت به حالت استاتیکی خواهد شد. تغییر مکان نسبی سطح سد و مخزن نهایتاً باعث ایجاد امواج فشاری شده که این سیستم مواج موقتی بوده و در جرم مایع به وجود آمده که باعث انتشار امواج فشاری و عملکرد بازتابی محدوده صلب و آزاد شدن مخزن خواهد شد. با توجه به واکنش لرزهای سازه فقط بازتاب موج در بالا دست مدنظر است. نتایج ابتدایی که به دلیل تغییر شکل الاستیک سد به وجود آمده، انعکاس امواج فشاری هیدرودینامیکی است.
عوامل تاثیر گذار در فشار هیدرودینامیکی تولید شده
این فشار را فقط با در نظر گرفتن تراکم پذیری آب میتوان در تحلیل استفاده کرد که به عوامل زیر بستگی دارد:
- طول مخزن
- شکل سطح مقطع دره در محور سد
- درجه تراکم پذیری زمینهای اطراف مخزن
- شیب نمای بالا دست سد
- جهت زمین لرزه با توجه به محور سد
- حرکات القایی افقی یا عمودی زمین پی سد
- شکل ارتعاشی سیستم زوج سد و مخزن
بخشی از فشار هیدرودینامیکی را باتوجه به غیر قابل تراکم بودن آب در تحلیل می توان مدل نمود که به عوامل زیر بستگی خواهد داشت:
- عملکرد ترکیبی بین سد و مخزن
- عمق مخزن در بالا دست پنجه دست
- جهت القایی با توجه به محور سد
- شیب نمای بالادست
فشار هیدرودینامیکی کل بزرگتر از فشار هیدرواستاتیکی است. به طور طبیعی در حالت بارگذاری عرضی زلزله، نمای بالا دست نسبت به هر دو نوع فشار هیدرودینامیکی اضافه بار خارج از حد مجاز پیدا میکند که به عوامل ذکر شده در بالا بستگی دارد.
با توجه به این دو مولفه، نیروی هیدرودینامیکی ناشی از تراکم پذیری آب ممکن است بعد از یک دوره اصلی زلزله بزرگتر شود و از طرف دیگر سیلت ته نشین در انتهای مخزن باعث تغییر بازتاب ایده آل امواج الاستیک گردد. بنابراین برای تخمین زدن فشار هیدرودینامیکی آب غیر قابل تراکم فرض میشود و فشار ناشی از اثرات اینرسی جرم آب در نزدیک نمای سد بزرگ میشود. این دید می تواند برای ساده نمودن روش تحلیل لرزهای با استفاده از مفهوم سیستم مستقل ایجاد کند.
تنشهای زلزله در سد
معیار ماکزیمم تنش مجاز بتن یک اثر کیفی از سدهای تحت بار زلزله را مشخص میکند که سازه دارای ظرفیت میرایی بزرگتری نسبت به تحلیل دینامیکی است.
این نگرش با رفتار موجود سدهای بتنی که تحت اثر زلزله واقعی پایدار می مانند، درست است یعنی اگر چه تنش به دست آمده خیلی بزرگتر از مقاومت کششی مجاز بوده ولی با این حال به خوبی عمل کردند.
در هنگام زلزله، تنشها در مقطع، چند برابر مقاومت کششی شده و ترکهایی در بدنه بتن به وجود میآید.
المان ترک و مکانیک شکست
یک ترک شاید شامل چند المان ترک باشد یا به صورت مستقل از یکدیگر باز و بسته میشوند. از این المانها میتوان برای محاسبه میزان تنش انتقال یافته در سطوح ترک به علت قفل و بست بین دانهها استفاده کرد. برای بارگذاری دورهای رابطه مناسب بین تنش برشی و تغییر مکان برشی تعریف خواهد شد. المان ذکر شده در میان المانهای اصلی سازه و در محل ترکها تعریف میگردد. مهمترین مرحله برای استفاده از معیارهای ارائه شده تعیین مشخصات هندسی ترک است.
مدلهای گسترش ترک
- مکانیک شکست خطی.
- مکانیک غیر خطی.
فاکتورهای هفتگانه قبل از آغاز پروژه
در سال 2000 کمیسیون جهانی سد (WCD) در یک ماموریت علمی اصول و قوانین سدسازی را مورد ارزیابی قرار داده و مجموعهای از اشتباهات بحران آفرین را در زمینه سدسازی منتشر نمود.
انتخاب رودخانه اشتباه برای ساخت سد
دلایل بسیار زیادی هست که یک رودخانه گزینه مناسبی برای ساخت سد نیست.
عوامل نامناسب بودن محل سد
- جنس خاک بستر رود
- میزان لرزهخیز بودن محدوده
- طبیعت جانوری منطقه
- و بسیاری از عوامل دیگر برای هر رود به طور کامل و دقیق باید مورد بررسی قرار بگیرد.
بیتوجهی به تغییرات جریان آب های پاییندست
با توجه به اهمیت جریانهای پاییندست در رسوبگذاری و ایجاد دلتاهای حاصلخیز، در صورت تغییر بیش از حد در روند این جریانها، ثبات مورفولوژیک رودخانه دچار مشکلات اساسی خواهد شد.
غفلت از تنوع زیستی
در بسیاری از کشورها، گونههای زیستی بسیاری که در جریانهای پاییندست زندگی میکنند و در بالای آنها سد ساخته شده، در خطر نابودی رسیده اند و این موضوع در مناطقی که ماهیگیری و کشاورزی جزئی از معیشت ساکنان محسوب میشود عواقب انسانی داشته و باعث مهاجرت آنها شد.
سیاستها و محاسبات اقتصادی اشتباه
در زمان انجام محاسبات اولیه هزینههای زیستی و منطقهای دچار کمتوجهی می شوند و به همین دلیل اغلب پروژههای سدسازی در مراحل اولیه بسیار سودآور گمان میشوند.
اما زمانی که پروژه به پایان میرسد مشکلاتی که با بیتوجهی دیده نشده بودند خود را نشان خواهند داد و به همین علت اکثر صاحبنظران معتقدند که هزینه واقعی ساخت یک سد در زمان مطالعه آن به درستی محاسبه نخواهد شد.
ناتوانی در جلب رضایت عمومی منطقه
یکی از ویژه ترین عواملی که باید توسط مسئولان قبل از آغاز پروژه سدسازی مورد توجه واقع شود جلب رضایت عمومی ساکنان منطقه است در صورتی که اهمیت داده نشود میتواند برای مسئولان مشکلات زیادی ایجاد کند.
سوءمدیریت در خطرات و تاثیرات
یکی از خطاهای غیر قابل جبران قربانی کردن اصول و قواعد برای پایان سریعتر پروژههاست. بعضی شرکتها می کوشند تا با ایجاد شرایط اضطراری و القای حس نیاز کاذب، پروژههای سدسازی را سریعتر به اتمام برسانند و بسیاری از ملاحظات ایمنی نادیده می گیرند و این عمل باعث کاهش عمر سد، عدم کارکرد بهینه و در نهایت شکست برنامهها خواهد شد.
ساخت و ساز بیرویه سد
با توجه به تاثیرگذاری منابع آب در زندگی بشر بسیاری از نگاهها به مقوله سدسازی جنبه سیاسی پیدا کرده که بسیاری از دولتها برای تامین آب مناطق مختلف از سدسازیهای بیرویه حمایت خواهند کرد. سدسازیهای بیرویه که بیشتر برای اهداف کوتاهمدت و تامین آب مناطق مختلف ساخته میشوند مشکلات زیستمحیطی زیادی به وجود خواهد آورد.
بیشتر بدانیم:
- فرم ها و چک لیست های ضروری برای مهندسین ناظر، طراح و مجری
- محاسبات سرانگشتی ویژه مهندسین عمران
- مشاوره مهندس ناظر
- جداسازهای لرزهای ساختمان
- طراحی لرزهای دیوارهای حایل
- چک لیست بارگذاری و طراحی ساختمان ها در برابر زمین لرزه مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش چهارم
- ديوار حائل ( Retaining wall ) و انواع آن و کاربردهای آنها
