سد خاکی :

سد خاکی و کاربرد آن از دیر باز شهره ی عام و خاص بوده. سد‌های خاکی ایران در مقایسه با سدهای خاکی جهان همیشه مقایسه میشدند.شاید شما هم نام سد خاکی آویدر ، سد خاکی رویان و سد خاکی سقالکسار را شنیده باشید. اما براستی کاربرد سدهای خاکی در کجا ها است؟در این مقاله از شهر نوین عمران ومعماری میخواهیم به این سوال پاسخ دهیم که سد خاکی چیست و کاربرد هر سد خاکی چه میباشد.

کشور ایران با وسعت ۱/۶۸۴/۰۰۰ کیلومتر مربع یکی از فلات‏های پهناور آسیاست حدود جنوبی آن خلیج فارس و دریای عمان،حد شمالی دریای خزر، حدغربی آن کوههای زاگرس و حوزه اروند رود است که در شرق به کوههای پامیر محدود می باشد.

همچنین جالبه که بدانید میانگین بارندگی سالانه کشور آن حدود ۲۵۰ میلیمتر است که کمتر از میانگین بارندگی آسیا و حدود یک سوم  میانگین جهانی می باشد. تنوع اقلیمی، شرایط توپوگرافی و جغرافیایی، توزیع ناموزون مکانی و زمانی جریانهای سطحی در انطباق با نیازهای آبی و تغییرات شدید بین سالی از ویژگیهای هیدورلیکی بخش وسیعی از کشور محسوب می شود. از این رو حفظ و نگهداری منابع آبی از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از مهم ترین راه های نگهداری از منابع آبی احداث سد می باشد. صنعت سدسازی با شیوه های مدرن به ویژه سدهای با مقیاس بزرگ در حدود سه دهه قبل در ایران آغاز گردیده است. مطالعه و طراحی سدهای مخزنی بزرگ از حدود سالهای ۱۳۲۷ شروع و احداث این سدها از اواخر دهه ۱۳۳۰ صورت عملی به خود گرفت.

مهار آبهای سطحی و توسعه بهره برداری از منابعی که بدون مصرف از دست می روند و به طور بارز در سرلوحه برنامه های توسعه اقتصادی اجتماعی کشور قرار گرفت. با عنایت به اهمیت خاص کنترل هرچه بیشتر آبهای سطحی و ضرورت بهره گیری مدبرانه از آنچه تاکنون از دست رفته بود تلاشهای گسترده أی از سوی وزارت نیرو صورت گرفت تا جائی که آمار سدهای احداث شده طی دو دهه پس از پیروزی انقلاب از ۱۳ سد به ۶۰ سد افزایش یافت. در حال حاضر، در برنامه تامین آب کشور ۷۰ سد مهم و ۴۸ شبکه آبیاری زهکشی در دست اجرا قرار دارد که نمایانگر توان بالای مهندسی در کشور ایران است ، با این تحول شگرف هم اکنون صنعت سدسازی کشور به مرحله خودکفائی رسیده است و کلیه مراحل مطالعه طراحی ، نظارت، ساخت، مدیریت و بهره برداری از سدهای مخزنی به دست توانای مهندسین کشور صورت می گیرد.

سد دیواری است که در برابر انبوهی از جریان آب می ایستد و آن را مهار می کند. در پشت سد خاکی دریاچه ای تشکیل می یابد که (مخزن) نامیده می شود. اب در مخزن ذخیره می شود تا هنگام نیاز به مصرف برسد. نیاز آبی می تواند در تامین آب شرب و آبیاری مزارع و کشاورزی و ….. مورد استفاده قرار گیرد. سد انواع مختلفی دارد که عبارتند از سد خاکی ، سد های بتنی ، سدهای سنگریزه ای و …. . سد خاکی از پرکاربرد ترین انواع سد ها می باشند که در این مقاله قصد داریم به ویژگی های این نوع سد پرداخته و انواع آن را بررسی کنیم.

از زمانهای بسیار دور بنای سد خاکی به منظور کنترل و ذخیره آب معمول بوده است. اما به علت امکانات محدوده و عدم شناخت قوانین مکانیک خاک و هیدرولیک، ارتفاع سدها و بندهای خاکی از یک مقدار محدودی بیشتر نمی شده است، هرچند از نظر وسعت و طول سد چنین محدودیتی وجود نداشته است. امروزه با پیشرفت علم مکانیک خاک و توسعه امکانات تکنولوژی و مطالعات دقیق تر توانسته اند سدهای خاکی را با ارتفاعات قابل ملاحظه احداث نمایند، بطوریکه در زمان حاضر از مرتفع ترین سدهای دنیا سد خاکی و پاره سنگی هستند. به علاوه زمین هائی را که سابقاً برای این منظور غیر مناسب تشخیص می دادند هم اکنون می توانند آنها را برای زیربنای احداث سد خاکی آماده سازند.

سد خاکی نوعی سد است که برای ساخت آن مصالح را از همان منطقه احداث یا نواحی نزدیک تأمین می‌کنند، و اصولاً دارای هسته رسی می‌باشند. رس بر اثر تماس با آب مانع نفوذ و انتقال آب و رطوبت می‌گردد و مانند نوعی عایق رطوبتی عمل می‌کند.

سد خاکی همگن :

سد خاکی همگن سدی است که تمام مصالح بدنه سد از یک نوع مصالح تشکیل شده است . این مصالح نه باید به حدی درشت دانه باشد که اجازه عبور آب را بدهد و نه باید به حدی ریزدانه باشد که مقاومت برشی آن کم باشد در واقع بایستی مصالح مصرفی دارای نفوذپذیری کم و در عین حال دارای مقاومت برشی بالا باشد. احداث این نوع سد های خاکی قبلا مرسوم بود ولی هم اکنون به علت یک سری محدودیت ها همانند امکان احداث سد با ارتفاع کم دیگر مرسوم نمی باشد.

سد خاکی ناهمگن یا سد مغزه دار:

این نوع سد خاکی ، دارای مصالح بدنه با جنس مختلف است به صورتی که سد در قسمت میانی دارای قسمتی به نام هسته است که وظیفه هسته آب بندی سد است و نفوذپذیری بسیار کمی داشته و معمولا از جنس رس می باشد ، قسمت پوسته سد هم دارای مصالح با قطر بزرگتر بوده و دارای مقاومت برشی بالایی می باشد ، احداث سد خاکی به این روش بسیار مطلوب بوده و سد های خاکی از این نوع دارای ارتفاع بیشتری هستند.

دره های دارای مقطع وسیع و U شکل با پی نسبتا ضعیف بهترین محل برای احداث سد خاکی می باشند به شرطی که مصالح مورد نیاز در دسترس باشند. نوع سد خاکی در بدو امر تابع مصالحی است که در آن ناحیه یا در نزدیکیهای آن موجود است. نوع شالوده سد خاکی ، هرچند باشد عمدتاً غیر قابل تغییر است، مگر لایه های سطحی آن که ممکنست برداشته شده و به جای آن در صورت لزوم خاک مناسب کوبیده شود. بنابراین وضعیت زمین محل یا شالوده تا حدزیادی در طرح سدخاکی (و اصولاً در انتخاب نوع سد اعم از خاکی و غیره) موثر است. به عنوان یک عامل فراگیر بر تمام جنبه ها، مسأله اقتصادی بودن طرح نیز سرانجام مطرح می گردد. بطور کلی، چنانچه مواد نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر به فراوانی در دسترس باشند، ترجیحاً از سدهای مغزه دار (غیر همگن) استفاده می گردد هرچند نسبت حجمی مواد نفوذناپذیر به نفوذ پذیر (پس از تعیین مقدار لازم به منظور استحکام و آب بندی) نیز تابع هزینه های حمل و نقل آنها و نیز هزینه تهیه دانه بندی مورد نظر است اگر سدی به صورت همگن ساخته شود ضرورتاً مواد تشکیل دهنده آن نفوذناپذیر و یا کم نفوذپذیر می باشد و با وجود این ضرورتاً باید به نوعی زهکش (مثلاً زهکش افقی در پائین دست) مجهز باشد تا دامنه پایین دست همواره از اشباع شدن در اثر زه مصون بماند. از طریقی اگر سد عمتاً از مواد دانه درشت باشد ضرورتاً باید مغزه ای نفوذ ناپذیر در بخش میانی یا در محلی از دامنه بالا دست وجود داشته باشد تا آنرا کاملاً آب بندی کند. چنانچه سد روی رسوبات نفوذ پذیر ساخته شود، میزان حد بالائی اتلاف آب از آن ، باید در بدو امر تخمین زده شود. مقدار تخمینی این حد را باید با استفاده از رسم شبکه جریان و یا بر اساس نتایج تلمبه کردن آب در محل و نیز از تستهای آزمایشگاهی بدست آورد و چنانچه مقدار اتلاف آب به صورت زه بیش از مقداری باشد که برای پروژه سدسازی مورد نظر زیان بار باشد، لازمست از بعضی از انواع آب بندها استفاده شود. انتخاب هر کدام از بخش های سد چه از نظر نوع و چه از نظر اندازه، بطور مستقل صورت نمی گیرد بلکه تابعی از مجموعه شرایط موجود است. مثلاً انتخاب شیب دامنه ها، تابع نوع شالوده، مصالح، روش ساخت، و نوع سد است، بطوریکه هرچند شالوده سست تر باشد در شرایط یکسان دیگر، شیب دامنه ها باید کمتر باشد و دامنه ها گسترده تر شده باشند. برای یک شالوده معین،دامنه های سد همگن کم شیب تر از دامنه های سد همگن کم شیب تر از دامنه های یک سد غیر همگن است، و یا  دامنه های یک سد هیدرولیکی باز هم کم شیب تر از دامنه های سد غلتکی است، زیرا در روش هیدرولیکی مصالح کوبیده نمی شوند تا مقاوم گردند. دامنه هائی که پوشش های محکم بتنی و آسفالتی و سنگی برآنها قرار می گیرند می توانند بطور نسبی پرشیب تر ساخته شوند.

1-امکان احداث سد خاکی بر روی هر نوع فونداسیون

۲-در دسترس بودن مصالح برای ساخت سد خاکی

۳-برای ساخت سد خاکی نیاز به نیرو انسانی متخصص و تجهیزات پیچیده ندارد.

۴-از لحاظ اقتصادی سد خاکی بسیار به صرفه تر می باشد.

۵- سد خاکی خاصیت خودترمیمی دارد به عبارتی در صورت وقوع زلزله و ایجاد ترک ، ترمیم می شود.

۶- بسیار فرسایش پذیر می باشد و وقوع ترک در آن اجتناب ناپذیر است و نیاز به مراقبت و نگهداری زیادی دارد.

۷- در دره های عمیق به علت احتمال وقوع پدیده قوس زدگی مناسب نمی باشد.

تراکم خاک در سد خاکی به روش های معمول تراکم صورت می گیرد. لایه های به ضخامت ۱۵ تا ۲۵ سانتیمتری در هر مرحله کوبیده می شوند. مشخصات مربوط به تراکم خاکها، تأثیر انرژی داده شده (نوع غلتک، ضخامت لایه، تعداد رفت و برگشت)، تأثیر سرعت حرکت غلتک، تأثیر نوع خاک، و تأثیر درصد آب در تراکم و غیره از مسائلی است که نیاز به بررسی دقیق و مفصل دارند.

بطور خلاصه یادآوری می گردد که برای یک نوع خاک مشخص، هر چه انرژی تراکم بیشتر باشد (مثلاً غلتک سنگین تر بکار برده شود) تراکم بیشتری صورت می گیرد، یعنی دانسیته خشک ما کزیمم حاصل بزرگتر و درصد رطوبت بهینه (متناظر با دانسیته خشک ما کزیمم) کمتر است با یک روش تراکم (یعنی با یک مقدار ثابت انرژی) هر  چه خاک مورد تراکم با دانه بندی گسترده تر و با پلاستیسیته کمتر باشد، تراکم پذیری آن بهتر است، بطوریکه با درصد رطوبت کمتری، دانسیته خشک ما کزیمم بیشتری می دهد، و در حقیقت شن و ماسه مخلوط با مقداری سیلت ورس بهترین تراکم، و سیلت ها و رس های پلاستیک و نیز مثلا ماسه با دانه بندی یکنواخت کمترین تراکم را نشان می دهد. تراکم خاک با رطوبت بیشتر از رطوبت بهینه را در سمت تر، و با رطوبت کمتر از رطوبت بهینه را تراکم در سمت خشک می نامند.

سمت تر سد خاکی و سمت خشک سد خاکی غیر از تفاوتی که در مصرف آب دارند و همین ممکن است پارامتری قابل توجه به لحاظ مصرف آب باشد، تفاوت دیگری نیز دارند که عبارت است از اینکه در سمت خشک تاثیر انرژی داده شده نسبت به سمت تر بسیار زیاد است، به طوری که با مصرف یک مقدار معین انرژی در سمت خشک میتوان دانسیته را به مقدار معینی افزایش داد،در صورتی که با صرف همین مقدار انرژی در سمت تر ، افزایش دانسیته بسیار کمتر است.

همچنین باید توجه داشت که تراکم خاک در سمت تر سد خاکی موجب میشود که بافت خاک ریز دانه بطور نسبی بصورت موازی قرار گیرد، در حالیکه در سمت خشک بطور نسبی بافت خاک پس از تراکم حالت در هم پیدا میکند و مقاومت نسبی بافت در هم بیشتر و نفوذ پذیری آن نیز بیشتر است ، بطوریکه نفوذ پذیری بافت موازی بطور نسبی صد تا هزار مرتبه کمتر از بافت غیر موازی است . به این علت توصیه می شود که مغزه سد که از جنس رسی است با رطوبت بهینه کوبیده شود ، هر چند در شرایط یکسان مقاومت بر شی آن کمتر از هنگامی است که در رطوبت کمتر از بهینه کوبیده شود ، با وجود این در مورد مغزه ، مساله نفوذ ناپذیری نقش اصلی را دارد . معمولا غلتک های صاف تقریباً بافت درهم ایجاد می کنند و غلتکهای ویبره و پاچه بزی موجب بافت موازی می شوند.

تأثیر تعداد رفت و برگشت غلتک در افزایش مقدار تراکم خاک، بر حسب نوع خاک و درصد رطوبت آن و نوع غلتک متفاوتست و از اینرو نمودار راندمان تراکمی غلتک در برابر تعداد رفت و برگشت آن در همه شرایط یکسان نیست، ولی بهر حال این نمودار به یک حدی می رسد که از آن حد به بعد ادامه دادن به رفت و برگشت غلتک، تأثیر قابل ملاحظه ای در افزایش دانیسته خاک ندارد و یا به هیچ وجه تأثیری ندارد. معمولاً بین ۶ تا ۱۲ مرتبه رفت و برگشت غلتک، راندمان آن به حدی می رسد که می توان از تأثیر دفعات بعدی آن صرفنظر نمود.

ممکن است بر حسب تشخیص طراح، میزان تراکم خاک سد در نقاط مختلف، یا در ترازهای مختلف یک سد متفاوت انتخاب شود و این به منظور تنظیم بخشی از   نشست  های نامساوی سد است، اما انتخاب تراکم متفاوت در یک تراز معین با احتیاط کامل باید صورت گیرد. آنچه باید مورد توجه کافی قرار گیرد اینست که لایه های پی در پی تراکم در یکدیگر قفل شده و حدفاصل آنها به صورت صفحه ای برای تمرکز زه و ایجاد افق های ضعیف تبدیل نگردد و نیز محیط های بلافاصله در حاشیه مجاری، کانالها و تونلهای خروج آب و موارد مشابه که بوسیله غلتکهای سنگین کاملاً کوبیده نمی شوند، با هر روش ممکن به حد تراکم سایر نقاط آن افق برسد. معمولاً رعایت این نکته یعنی کوبیدن حاشیه های محدود که با غلتکهای بزرگ مقدور نیست در مورد خاکهای اصطکاکی ساده تر صورت می گیرد، چه می توان با غلتکهای کوچک و در لایه های ضخیم تر و یا با غلتکهای دستی و نیز ارتعاشی آنها را به حد تراکم مطلوب رسانید، در صورتیکه برای خاکهای چسبنده انرژی زیادتر و یا کوبه های سنگین لازمست و باید لایه ها را بطور معمول نازک انتخاب نمود.

روش های آزمایشگاهی تعیین تراکم خاک، بطور معمول روش های تراکم سبک (استاندارد D-698-58Tو ASTM) و تراکم سنگین یا آشوی اصلاح شده (D-1557-58T و ASTM) می باشند، هر چند یکی دو روش دیگر مثل روش USBR  نیز استاندارد شده است که در تعداد معدودی از خصوصیات با تستهای استاندارد معمول متفاوتند.

روش های معمول در عمل برای کوبیدن خاک، بوسیله غلتکهای چرخ لاستیکی (مثلاً ۵۰ تنی)، غلتکهای چرخ فلزی، غلتکهای پاچه بزی، ارتعاشی و غیره است. نتیجه تراکم خاک با غلتکهای معمولی تراکمی بالاتر از نتیجه تراکم استاندارد سبک وپائین تر از نتیجه تراکم سنگین می باشد. مزیت غلتکهای پاچه بزی در اینست که در ضمن هر حرکتی، علاوه بر اینکه سطح خاک بوسیه جدار استوانه چرخ آن کوبیده می شود، لایه زیر آن بوسیله انتهای زایده های آن کوبیده می گردد. فشاری که بوسیله یک زایده چنین غلتکهائی به خاک وارد می آید حدود Psi می باشد مشروطه بر آنکه ۵ درصد از کل ۲۴۰ زایده چرخ آن در تماس با خاک باشد.

چنانچه در سد حاکی ، ضخامت لایه ها بعد از تراکم، ۱۵ سانتیمتر برای غلتکهای پاچه بزی و ۲۳ سانتیمتر برای غلتکهای چرخ لاستیکی ۵۰ تنی باشد، قابل قبول و مناسب است، هر چند ضخامت های چند برابر این حد ممکنست بطور غیر استاندارد در مواردی وجود داشته باشند، یا بعضی از سدهای ساخته شده با لایه های ضخیم تر کوبیده شده باشند. بهرحال تراکم بر اساس ضخامت های ذکر شده برای غلتکهای پاچه بزی بوسیله ۶ تا ۱۲ رفت و برگشت از تشریح چگونگی اجراء آزمایشها و بهره گیری از نتایج آنها در اینجا صرفنظر شده است.

اگر به اطلاعات بیشتر در مورد سد خاکی و کاربرد سد خاکی و نحوه ی اجرای سد خاکی نیازمندید میتوانید مقاله ی زبان اصلی آن را با کلیک بر روی اینجا بخوانید.