جزوه اصول مهندسی سد

توضیحات

جزوه اصول مهندسی سد

دانلود جزوات جامع مهندسی سد

فروشگاه آموزشی و دانلودی

جزوات فنی مهندسی

کتاب اصول مهندسی سد، دانلود جزوه اصول مهندسی سد

مقدمات و اهداف سد و سد سازی، طبقه بندی و انواع سدها، مطالعات سد سازی، جانمایی و مکان یابی سد ها، معیارهای انتخاب نوع مناسب سد، انواع سرریزها، خروجی ها و دریچه های سد، ضوابط و مسایل اجرایی سد ها، روش های اصلاح، بهسازی و آب بندی پی و بدنه ی سد و مخزن، ابزار دقیق و پایش رفتار سد، بارهای وارده و بارگذاری سد-بخش اول (وزن، هیدرواستاتیک، رسوب، آپلیفت، حرارت، باد و یخ)، بارهای وارده و بارگذاری سد – بخش دوم (نیروهای موج، اینرسی و هیدرودینامیک و حل مثال)

فایل ترکیبی از قالب های pdf، ppt، jpeg و فیلم آموزشی تهیه و دسته بندی شده که به راحتی قابل مطالعه و یادگیری است.

مناسب مرور و جمع بندی ایام امتحانات شامل مباحث زیر می باشد.

مقدمه- تاریخچه سد سازی در جهان- تاریخچه سد سازی در ایران- تقسیم بندی سدها از نظر کاربرد- تقسیم بندی سدها از نظر جنس مصالح مصرفی- محاسن و معایب سدهای خاکی و بتنی- تقسیم بندی سدها از نظر بزرگی-تاسیسات جانبی سدها- بارگذاری سدها- مطالعات اولیه محل سدها و ارزیابی ساختگاه- سدهای سنگریزه ای- طراحی و انتخاب مصالح- پوشش شیروانی- کاربرد مصالح ژئوسنتتیک در سدهای خاکی- انواع مصالح ژئوسنتتیک و کاربرد آنها-انواع ترک ها- ضریب ایمنی- روش های محاسباتی پایداری

همواره سد سازی یا بند سازی به عنوان یکی از مهمترین فعالیتهای مهندسی مطرح بوده است بطوریکه ساکنین مناطق مختلف بنا به شرایط جغرافیایی و ضرورت های ایجاد شده نسبت به احداث سدها یا آبگر یهای مختلف با مصالح و مشخصات گوناگون ، اقدام نموده اند. در این راستا نیازهایی از جمله تأمین آبیاری و آبرسانی مطرح بوده و یا در مناطقی نیز به خاطر پایین بودن سطح آب های رودخانه ها یا نیاز جهت تغییر مسیر رود ، سد سازی انجام می گرفته تا بتوانند سطح آب را بالا آورده و برای نیازهای کشاورزی و عمرانی از آن استفاده کنند.
در سرزمین های باستانی و کهن که از قدیم در معرض سیلاب و طغیان رودخانه ها قرار داشته اند ، ساخت بندهای متفاوت در طول مسیر رودخانه ها و یا مناطق سیل خیز به جلوگیری از خسارات کمک فراوانی کرده است. تاریخ سد سازی در ایران ، مصر و بین النهرین قدمتی بسیار طولانی دارد و هنوز هم می توان نشانه هایی از آنها را در این سرزمین ها یافت. به طور کلی سدسازی و نیز لایروبی و مرمت آنها از دیر باز مانند سایر کارهای عام المنفعه و پروژه های بزرگ معمولا به دست حکومت ها و پادشاهانی که به امور آبادانی و آبادی علاقه بیشتری داشتند انجام می گرفته است و در این میان رونق اقتصادی و پیشرفت آبادی ها و شهرهای مرتبط با سیستم های آبیاری و آبرسانی نیز بستگی بسیار زیادی با مقوله سد و سد سازی و اهمیت حکمرانان به این مسایل داشته است.

شاید اولین سدی که به دست بشر ساخته شده باشد سد (الکافرا) در مصر باشد که تاریخ ساخت آن به 2600 سال قبل از میلاد مسیح برمی گردد . این سد که از نوع خاکی  بوده با هسته خاکی و پوسته    سنگریزه ای و پوشش حفاظتی سنگ چین (ریپ رپ‌) با ارتفاع 14 متر ساخته شده است. همچنین پس از آن، تعداد بیشماری سد توسط تمدن های کهن، در مناطق مختلف خاورمیانه از جمله ایران، عراق و عربستان احداث شده است.

اولین سد مهم ساخته شده با ملات و سنگ نیز در دوران مشابهی در ترکیه ساخته شد که این سد با نام (کسیس لگو) ارتفاعی در حدود 10 متر دارد .

تاریخچه سد سازی در ایران :

در ایران به جهت وجود مشکلات ناشی از کمبود آب و شرایط اقلیمی خاص ، همواره آب به عنوان ماده ای بسیار ارزشمند و استراتژیک مد نظر بوده است بطوریکه این موضوع سبب گردیده است تا بندسازی ، سد سازی و احداث دیگر تأسیسات ذخیره سازی و انتقال آب در آثار به جا مانده در فرهنگ و تمدن ایرانی ، نمود خاصی داشته باشد. پادشاهان هخامنشی به واسطه نیاز جغرافیایی کشور ایران و علاقه ای که در گسترش و آبادانی سرزمین تحت فرمانروایی از خود نشان می دادند ، در زمان امپراتوری خود سدها و بندهای زیادی در بخش های جنوب غربی و جنوبی ایران ساختند. بسیاری از سیستم های آبرسانی و آبیاری که تا سال های متمادی نیز در ایران از آنها استفاده شد مرهون تلاش مهندسان و صنعتگران ایرانی است که در زمان های بسیار دور تلاش نمودند تا نیازها و کمبودها را در زمینه های عمرانی و آبادی بر طرف نمایند و آثار و شواهد آن را نیز می توان در نقاط مختلف ایران درک نمود. علاوه بر آن بسیاری از آثار به جا مانده از این دوران ها در سرزمین های تابعه حکومت های ایران باستان نیز قابل مشاهده است .

تقسیم بندی سدها از نظر کاربرد :

در طراحی سدهای مختلف کاربردهای گوناگونی از جمله تأمین آب مورد نیاز آبیاری دشتهای منطقه ، تأمین آب شرب، تولید نیروی برق آبی، مهار سیل و … مد نظر می باشد که این اهداف با توجه به نیاز و نوع طراحی   می تواند به صورت تنها و یا همزمان مورد توجه قرار گیرد. در این راستا می توان تقسیم بندی زیر را بر اساس کاربردهای مختلف سدهای مختلف مد نظر قرار داد:

الف) سدهای مخزنی: این سدها به منظور ذخیره آب جهت تامین مصارف شرب، کشاورزی و صنعت احداث  می گردد. حجم مخزن این سدها بسیار بزرگ است. این نوع سدها شامل سدهای بتنی دو قوسی و بتنی وزنی و سدهای خاکی می شوند.

ب) سدهای تنظیمی: هدف از ساخت این سدها تنظیم دبی ثابتی برای رودخانه می باشد.این نوع سدها در پائین دست سدهای مخزنی بزرگ احداث می گردند. ارتفاع آنها کم و میزان حجم آبی که در آن ها ذخیره    می شود، کم می باشد.جنس این سدها اکثرا بتنی با لایه حفاظتی  سنگریزه ای می باشد.

پ) سدهای انحرافی: این سدها برای منحرف کردن آب مورد استفاده قرار می گیرند، این سدها در مسیر رودخانه ها احداث می گردند و با افزایش هد آب باعث سوار شدن آب بر زمین های مجاور می گردد. همچنین از این سدها برای منحرف کردن آب قبل و بعد از محل های ساخت سدهای بزرگ استفاده می شود.

ت) سدهای رسوبگیر: این نوع سدها دارای ارتفاع کمی می باشد و جنس آنها بتن و سنگ می باشد.هدف ازاین سدها برای جلوگیری از ورود رسوبات به داخل سدهای بزرگ می باشد و قبل از این سدها احداث می شوند.

ج) سدهای برقآبی: این نوع سدها را که می توان از نوع سدهای انحرافی نیز دانست، با تأمین هد آب مورد نیاز نیروگاه های برق آبی ، جهت تأمین نیروی برق طراحی و اجرا می گردند.

تقسیم بندی سدها از نظر جنس مصالح مصرفی:

از نظر نوع مصالح مصرفی می توان سدها رو به دو گروه اصلی زیر تقسیم بندی نمود:

الف) سدهای خاکی یا سنگریزه ای:

این سدها با مصالح خاکی یا پاره سنگی اجرا شده و معمولاً با مقاطع ذوزنقه ای شکل، طراحی و با شیب های ملایم در بالا دست و پایین دست به صورت عریض اجرا می گردند. بنابراین می توان گفت سدهای خاکی و سنگریزه ای به سدهایی اطلاق می گردد که از مصالح طبیعی موجود در طبیعت از قبیل خاک، سنگ، سنگریزه و … تشکیل شده باشد و از هیچ گونه مصالح چسباننده طبیعی و غیر طبیعی در آن ها استفاده نشود و مقاومت کافی در برابر نیروها و تراوش آب از آن ها تنها با تراکم مصالح به وجود آید.

با توجه به اینکه در سدهای ذکر شده، هم از مصالح خاکی و هم از مصالح سنگریزه ای استفاده می شود، تنها با توجه به درصد مصرفی هر یک از این مصالح، نوع سد مشخص می شود و وجه تمایز مشخصی را نمی توان برای آن مشخص کرد. با این توصیف معمولا اگر بیش از 50 % از حجم مواد جایگذاری شده سد را خاک متراکم تشکیل دهد، آن را سد خاکی گویند و در این گونه سدها، معمولاًَ تراوش و نفوذ آب توسط هسته های نفوذ ناپذیر و یا توسط خود بدنه کنترل و جلوگیری می شود، ولی در سدهای سنگریزه ای با توجه به اینکه نفوذ آب در بدنه سد قابل کنترل نیست، این عمل توسط المانی دیگر که بر روی بدنه به عنوان المان ناتراوا و یا غشای
نفوذ ناپذیر ساخته می شود، در نظر گرفته می شود. این المان ممکن است از مصالح مختلفی مثل بتن ریخته شده، بلوک های بتنی، آسفالت، ژئوممبرین و غیره باشد. در این گونه سدها، بدنه سد که از سنگریزه تشکیل شده است توسط غلتک های سنگین در لایه های کم ضخامت به شدت متراکم شوند.

با توجه به خصوصیات مکانیک خاکی مصالح سنگریزه ای از جمله بالا بودن زاویه اصطحکاک نسبت به مصالح خاکی می توان شیب شیروانی های بالا دست و یا مقاومت سدهای سنگریزه ای را کمتر از سدهای خاکی در نظر گرفت، به طوری که در سدهای خاکی این شیب ممکن است بین 3.5 ~1:2 باشد ،در حالی که در سدهای سنگریزه ای این مقدار ممکن است حتی تا حدود 2~1:1.5 می تواند کاهش یابد .

محاسن و معایب سدهای خاکی و بتنی:

با توجه به موارد ذکر شده، می توان برای سدهای ساخته شده با مصالح خاکی و بتنی، خصوصیاتی را ذکر نمود که با در نظر گرفتن آن خصوصیات و نیز با لحاظ نمودن شرایط منطقه، نوع مناسب را می توان انتخاب نمود.

مزایا و محاسن سدهای خاکی:

-از نظر شرایط توپوگرافی محل اجرا، عریض بودن یا تنگ بودن دره محل احداث، مشکلی ایجاد نمی کند.

-داشتن خصوصیات انطباق پذیری بیشتر مصالح مصرفی بدنه سد با مصالح بستر (چه سنگی باشد و چه خاکی) نسبت به سدهای ساخته شده با مصالح دیگر.

-فراوانی و کم هزینه بودن مصالح مصرفی در سدهای خاکی نیز به دلیل استفاده از مصالح طبیعی دارای امتیاز می باشد.

-به دلیل استفاده از مصالح خاکی و سنگریزه ای، بدنه سد و اجزای داخلی آن دارای خاصیت انعطاف پذیری می گردند.

-عملیات اجرایی به صورت پیوسته قابل اجرا می باشد.

معایب سدهای خاکی:

-در هنگام سیلاب و افزایش ارتفاع آب، اگر روگذری سیل اتفاق افتد، سد نمی تواند مقاومت کافی از خود نشان دهد و دچار انهدام می شود.

-در صورت بروز نشت پنهان در سد و فرسایش درونی سد یا پی، احتمال خراب شدن سد زیاد خواهد بود.

مزایا و محاسن سدهای بتنی:

-برخلاف سدهای خاکی، این سدها در مقابل روگذری سیل از خود مقاومت نشان داده و حتی سرریز می تواند بر روی تاج سد در نظر گرفته شود که در برخی موارد این سرریز تمام طول سد را در بر می گیرد.

-تجهیزات هیدرولیکی مثل لوله های آبگیر از مخزن، دریچه ها، شیر آلات و تجهیزات و تأسیسات مربوطه را می توان در اتاقک های مناسب یا دالان های احداث شده در بدنه سد بتنی در نظر گرفت.

-در هنگام زلزله، مقاومت سدهای بتنی بدون وجود خطر فروپاشی عمده، بیشتر از سدهای دیگر است.

-به جز سدهای تک قوسی و دو قوسی به شرط وجود بستر سنگی در ساختگاه، احداث انواع دیگر سدهای بتنی در دره های عریض و باریک قابل اجراست.

معایب سدهای بتنی:

-ساختگاه سدهای بتنی باید از بستر سنگی با مقاومت کافی تشکیل شده باشد.

-مصالح مورد نیاز مانند مصالح طبیعی، شن و ماسه و نیز مصالح مصنوعی مثل سیمان باید از نظر کیفیت در حد قابل قبول بوده و به اندازه کافی نزدیک به محل اجرا، انبار و نگهداری شود.

-عملیات بتن ریزی در سدها پیوسته نبوده و به تخصص های مختلفی مثل قالب بندی، بتن سازی بتن ریزی و … نیاز دارد.

-از نظر هزینه تمام شده، هزینه سدهای بتنی به مراتب بیشتر از سدهای خاکی است.

با توجه به آمار موجود، مشخص می شود که بیش از 85 % از سدهای ساخته شده در جهان از نوع اول یا سدهای ساخته شده با مصالح خاکی و سنگریزه ای می باشد. از مهمترین دلایل انتخاب این نوع سدها می توان دلایلی چون انطباق پذیری بیشتر مصالح خاکی با محیط اطراف و به ویژه با بستر و ساختگاه سد، بیشتر در دسترس بودن مصالح مصرفی و بالاخره تکنولوژی کنترل و اجرای ساده تر سدهای خاکی نسبت به سدهای بتنی را ذکر کرد.

با توجه به توضیحات داه شده، در وهله اول طراحی هر سد نیاز به انتخاب نوع سد، با توجه به شرایط موجود می باشد. سدهای مختلف از نظر شرایط مختلف محیطی، توپوگرافی دریاچه، گرادیان هیدرولیکی نشت ساختگاه سد، تنش انتقالی به پی، تغییر شکل پذیری در پی، گود پذیری پی و … متفاوت بوده و با توجه به تمامی این موارد می توان یک انتخاب بهینه انجام داد.

طبقه بندی سدها از نظر بزرگی:

که توسط کمیسیون جهانی سدهای ( International Commission On Large Dam) ICOLD بر اساس نظر آئین نامه بزرگ تنظیم گردیده است ، سدهایی را که ارتفاع بیش از 15 متر داشته باشند را سدهای بزرگ شناخته و همچنین سدهایی که ارتفاع 10 متر بوده، ولی حجم مخزن آنها بیش از یک میلیون متر مکعب باشد و یا سرریزی با ظرفیت بیش از 2000 متر مکعب – آن ها 15 در ثانیه داشته باشند را نیز به عنوان سدهای بزرگ می شناسد.

تأسیسات جانبی مهم سدها:

در کنار بدنه سد (چه خاکی و چه بتنی) باید تأسیسات دیگری نیز طراحی و اجرا گردد تا بهره برداری و کنترل آب مهار شده میسر گردد. در این راستا تأسیساتی مثل سرریز و آبگیرهای سد را می توان به عنوان دو المان مهم سد نام برد که طراحی و اجرای آن ها در هر سدی ضروری است. در کنار این دو المان، تأسیسات دیگری مثل زه کش ها، دالان ها، کلیدهای مهاری و نیروگاه ها و … را می توان به عنوان تأسیسات کمکی در کنار بدنه سد و تأسیسات ضروری در نظر گرفت. در ادامه سعی خواهد شد در مورد هر یک از تأسیسات فوق الذگر توضیحی اجمالی داده شود.

سرریزها: سرریزها تأسیساتی می باشند که در هنگام سیلاب که سطح تراز آب پشت بند از حد نرمال بیشتر می شود، شروع به کار کرده، آب اضافه را به خارج دریاچه سد انتقال می دهند. همان طوری که گفته شد، این المان ها یک المان ضروری هر سدی است، در سدهای خاکی به صورت جانبی یا تنوره ای در کنار بدنه اصلی سد و یا با فاصله از آن احداث می شود، ولی در سدهای بتنی می تواند بر روی بدنه اصلی سد به صورت یک لبه آبریز، ادغام گردد. سرریزها معمولاً شامل دو قسمت عمده می باشند. یکی قسمت کنترل و یا آستانه کنترل کننده است که کار کنترل جریان ورودی سرریز را بر عهده داشته و پس از آن ممکن است بلافاصله جریان آب را به قسمت بعد انتقال دهد و یا به کمک دریچه های کنترل جریان ورودی به سرریز را کنترل و نگهداری نماید و پس از این قسمت، آبراهه سرریز وجود دارد که ممکن است به صورت مصنوعی ساخته شود و یا از مسیرهای طبیعی استفاده شود و در پایان این مسیر ممکن است برای مهار فشار آب از تأسیسات استهلاک کننده انرژی آب مثل حوضچه های آرامش استفاده شود. در کنار این سرریزها ممکن است سرریزهای دیگری مثل سرریزهای خاکی به عنوان کمک به سرریز اصلی در مواقع اضطراری، طراحی و اجرا گردد.

شکل 12 : سرریزهای مختلف در سدهای خاکی و بتنی

آبگیرها: از مهمترین اهداف ساخت سدها، آبگیری از آن ها پس از بهره برداری جهت مصارف کشاورزی و شرب می باشد که این عمل توسط پستانک ها و لوله های تخلیه به همراه شیرهای کنترل و تأسیسات وابسته آن ها صورت می گیرد، در سدهای خاکی جهت بازرسی و کنترل بهتر این تأسیسات معمولاً برج هایی به نام برج های میزان یا آبگیر در ابتدای این تأسیسات و در خارج از بدنه سد احداث می شود.

شکل 13 : آبگیر در سدهای مختلف

تونل های انحراف: قبل از شروع اجرای بدنه سد، لازم است مسیر رودخانه به طریقی منحرف شود تا محل اجرای سد کاملاً خشک باشد و جهت دست یابی به این امر معمولاً از تونل های انحراف که در دیواره های کناری ساختگاه سد حفر می شود، استفاده شده و آب به پایین دست منتقل می گردد تا کار اجرای بدنه سد دچار مشکل نگردد و پس از اجرای سد، از تونل های ذکر شده می توان به عنوان تخلیه کننده نیز در زمان بهره برداری استفاده نمود.

شکل 14 : نمایی از تونل های انحراف در سدهای خاکی

پرده آب بند یا کلید مهاری: این المان را که می توان المانی از بدنه اصلی سد نیز در نظر گرفت، در زیر بدنه اصلی جهت جلوگیری از نشت آب از بستر، ساخته می شود و به صورت پرده ناتراوا جلوی نفوذ آب را می گیرد.

گالری بازدید و دالان ها: در سدهای بتنی جهت انتقال زه و امکان بازرسی داخلی و در سدهای خاکی جهت بازدید و تزریق بتن، دالان ها و گالری هایی تأسیس می گردد. این دالان ها در سدهای بتنی در گاهی اوقات مکان مناسبی برای جایگیری دریچه ها و شیرآلات به عنوان شیرخانه، محسوب می شوند.

بارگذاری سدها و انواع بارهای وارده:

بارهای وارده به سدها را می توان به سه گروه کلی اصلی، ثانویه و استثنایی تقسیم نمود. بارهای اصلی، بارهایی می باشند که بیشترین اهمیت را در تمامی سدها شامل می شوند. بارهای ثانویه به بارهایی اطلاق می گردند که دارای اهمیت کمتری بوده و تنها در برخی موارد می تواند پراهمیت گردد و بالاخره در بارهای استثنایی، احتمال وقوع کمتری برای اعمال این نوع بارها وجود دارد. با توجه به دسته بندی فوق برای انواع بارها در ادامه سعی خواهد شد به عنوان مثال هایی از بارهای وارده در هر یک از انواع ذکر شده پرداخته شود.

الف) بار های اصلی:

–بار آب: بار آب به صورت یک فشار هیدرواستاتیک بر سطح بالا دست سد وارد می شود که برآیند آن به صورت یک نیروی افقی قابل محاسبه می باشد. در صورتی که سطح بالا دست دارای شیب باشد، برآیند مذکور علاوه بر برآیند افقی، شامل یک برآیند قائم نیز بر روی سطح شیب دار بالا دست نیز می گردد.

–بار وزن جسم سد: بار وزن جسم نیز به عنوان یک نیرو، با برآیند قائم قابل بررسی است که بر مرکز ثقل مقطع مورد بررسی وارد می گردد.

–بار زه آب: به دلیل نشت آب به درون سد، یکسری بار ناشی از زه آب در بدنه به وجود می آید که ناشی از فشار منفذی آب در خلل و فرج می باشد. این بار که به صورت قائم می باشد، به طرف بالا بوده و بر خلاف بار وزن بر مقاطع مختلف وارد می شود.

ب) بارهای ثانویه:

–بار رسوب: در اثر گذشت زمان، مقداری رسوب از مواد معلق موجود در آب دریاچه، در پشت سد جمع شده و یک نیروی افقی بر سطح بالا دست وارد می نماید.

–بار هیدرودینامیکی موج: بار ناشی از ضربه موج به بدنه سد نیز ممکن است حائز اهمیت باشد، ولی معمولاً در طراحی سدها ممکن است تنها تأثیر امواج بر روی پوشش بالا دست بررسی شود.

–بار ناشی از یخ: این نوع بار تنها در مناطق سردسیر مد نظر می باشد که به صورت یک بار متمرکز در قسمت فوقانی وارد می شود.

-بار حرارتی: این نوع بار که معمولاً در سدهای بتنی مطرح می باشد، در اثر انبساط و انقباض حجمی بدنه سد، تحت تأثیر تغییر دمای محیط و یا دمای ناشی از فرآیند آبگیری سیمان به وجود می آید.

–اثرات اندرکنشی: این بار بیشتر ناشی از سختی نسبی بدنه سد و تغییر شکل های غیر یکنواخت سد و پی آن می باشد.

–بار هیدرواستاتیک تکیه گاهی: این بار که بیشتر در سدهای قوسی و گنبدی مطرح می باشد، بار زه درونی در توده سنگ بستر می باشد.

ج) بارهای استثنایی:

–بار زمین لرزه: این بار باید با بررسی تأثیر مشترک بارهای اینرسی قائم و افقی بدنه سد و آب دریاچه با یکدیگر مورد نظر قرار گیرد که تأثیر آن ها در اثر تداخل بیشتر یا کمتر می گردد.

–اثرات تکنوتیکی: در اثر گودبرداری های عمیق در بستر سنگی ممکن است اشباع شدن یا بهم ریختگی به وجود آمده و در اثر حرکت های آهسته تکنوتیکی، یکسری بار بدنه اعمال گردد.

مطالعات اولیه محل احداث سد و ارزیابی ساختگاه:

با توجه به پارامترهای ذکر شده برای انتخاب نوع سد و موارد دیگری چون هیدرولوژی حوزه آبریز، حجم ذخیره، بلندای آب موجود و … ممکن است چند محل برای احداث سد مد نظر قرار گیرد که باید با مطالعات دقیق و اساسی محل بهینه را انتخاب و با انتخاب نوع سد، مراحل بعدی را آغاز نمود. در پایان مرحله شناسایی، کارشناسان با تحلیل دقیق به نتیجه گیری پرداخته و امکان پذیری طرح در منطقه را مورد ارزیابی قرار می دهند. پس از این مرحله با کمک نقشه های توپوگرافیک دقیق مربوط به مخزن سد، یکپارچگی، آب بندی و حجم مورد نیاز مخزن مورد بررسی قرار می گیرد. بررسی و مطالعه دقیق بر روی ساختگاه سد یکی از مهمترین مطالعات اولیه بوده و نسبتاً هزینه بردار نیز می باشد. گاهی اوقات هزینه این مرحله تا 5% هزینه کل طرح نیز می رسد. آزمایش های مختلف بر روی نمونه های برداشته شده از بستر در عمق های مختلف، از جمله ضریب تراوایی، مقاومت و تغییر شکل پذیری و نیز بررسی عمق سنگ هوازده و نامناسب از مهمترین مراحل این مطالعه می باشد. پس از انجام آزمایشات مربوطه، مناسب بودن و شایستگی پی با کمک پایداری، ظرفیت باربری، تغییر شکل پذیری و ناتراوایی مؤثر قابل تعیین می باشد و از نظر اقتصادی نیز، با توجه به هزینه های آماده سازی بستر و مصالح ساختمانی مصرفی نیز، قابل بررسی بوده و مناسب بودن طرح از نظر ایجاد راه دسترسی یا محدودیت محلی نیز قابل برآورد می گردد. برای H اگر به صورت تقریبی بخواهیم یک محدوده برای انجام کاوش های صحرایی بر روی ساختگاه را مشخص کنیم، با فرض ارتفاع سدی که ساخته خواهد شد می توان محدوده بررسیهای دقیق را به صورت زیر در نظر گرفت: در مرحله بعدی کاوش، باید در یک محدوده کوچکتر از ساختگاه و به ویژه در پای شیروانی سد و نیز زیر تاج سد، کاوش های بسیار دقیق تر به همراه حفاری ها و گمانه برداری های بسیار عمیقی انجام گیرد و سپس در محل مخزن سد نیز حفاری ها و آزمایشات مربوطه آغاز گردد.

شکل 15 : محدوده کاوشهای دقیق صحرائی در زیر ساختگاه سد

در مورد کاوش های مربوط به مخزن سد در وهله اول باید با انجام حفاری های استاندارد، فشار آب منفذی در نقاط مختلف انجام گرفته و با روش مثلث بندی و فشارهای بدست آمده مربوط به چاه های پیزومتریک، خطوطی موسوم به ایزوپیز که خطوط هم فشار آب می باشند را رسم نمود. در مرحله بعد لازم است که از تمامی نقاط نمونه برداری شده و آزمایشات مختلفی از جمله آزمایشات نفوذ استاندارد)، درصد عبوری از الک 200 # و … انجام گرفته و سپس با توجه به اطلاعات بدست ) SPT ، حدود اتربرگ، جنس خاک آمده، نقشه های زون بندی شده در مورد نتایج هر یک از آزمایشات انجام گرفته و محل مخزن سد، تهیه و ترسیم گردد. در مورد وضعیت ژئوتکنیکی محل احداث سد نیز باید چند نکته مهم در نظر گرفته شود که عبارتند از:

شیب لایه های سنگی دیواره ها: اگر شیب لایه های سنگی به طرف مخزن باشد، امکان لغزش وجود داشته و اگر به طرف بالا باشد، امکان نشت آب وجود خواهد داشت که باید در هر حال مورد بررسی دقیق قرار گیرد.

شکل 16 : وضعیت شیب لایه های سنگی در مخزن سد

بررسی خردشدگی سنگ ها و گسل ها: در صورت وجود گسل با توجه به نوع آن (نرمال یا معکوس) باید بررسی های دقیقی انجام گیرد و با توجه به زاویه شیب گسل باید تصمیم گیری مناسب صورت گیرد.

شکل دره و محل احداث سد بر روی چین خوردگی ها: همان طور که قبلاً نیز گفته شد، شکل دره از نظر انتخاب نوع سد حائز اهمیت می باشد. در اینجا باید اضافه کرد که شکل دره علاوه بر مورد فوق باید شرایط مناسب برای گیرداری کافی با بدنه سد را داشته و در مواردی که سد بر روی چین خوردگی ساخته شده باشد، باید دقت کرد که محل دره موجود بر روی چین خوردگی در اثر فرسایش در طاقدیس به وجود نیامده باشد، چرا که در این حالت به علت نیروهای داخلی بین لایه های چین خوردگی، امکان نشت فراوان آب وجود دارد، در حالی که دره در محل ناودیس باشد، بهترین حالت خواهد بود و مشکلی به وجود نخواهد آمد.

شکل 17 : وضعیت شکل دره بر روی چین خوردگی ها

طراحی سدهای خاکی و سنگریزه ای:

همانطور که قبلاً نیز گفته شد، سدهای ساخته شده با مصالح خاکی به دو دسته کلی سدهای خاکی و سنگریزه ای تقسیم می شوند. از نظر نحوه استفاده مصالح مختلف نیز می توان این سدها را به دو دسته همگن و غیرهمگن(هسته دار) تقسیم بندی کرد که در حالت اول تقریباً می توان گفت بدنه سد دارای یکنواختی در نوع مصالح مصرفی می باشد و جلوگیری از نفوذ آب به سد می بایست توسط یک غشاء نفوذناپذیر صورت گیرد. در نوع دوم در مواردی مصالح دارای گوناگونی بوده که مهمترین این موارد، هسته اجرا شده در سدهای هسته دار می باشد که مصالح مصرفی مربوطه از مصالح ریزدانه تری تشکیل می شود تا از نفوذ آب جلوگیری گردد.

شکل 18 : مقطع کلی سدهای غیر همگن با هسته رسی شکل 19 : مقطع کلی سدهای همگن با غشاء نفوذناپذیر

شکل 20 : نمونه ای از مقطع یک سد خاکی با هسته رسی

بخشهای مهم یک سد خاکی که عمدتاً در طراحی ها ممکن است به عنوان اجزاء اصلی سد منظر قرار گیرد را می توان به شرح ذیل معرفی نمود:

هسته(Core):

در سدهای خاکی غیر همگن و هسته دار به عنوان یک عضو نفوذ ناپذیر در برابر جریان آب در نظر گرفته شده و  ممکن است به صورت قائم و یا مایل اجرا گردد.

پوسته (Shell):

که بدنه کلی سد را شامل شده و ممکن است خود از یک، دو و یا چندین مصالح مختلف دیگر تشکیل گردد.

تاج (Crest) :

قسمت فوقانی بدنه سد را شامل می شود.

قشر انتقال (Beding Layer):

 عمل انتقال نیرو را به زمین از سد انجام داده و ممکن است خاکی یا سنگی باشد.

شیروانی بالا دست (Up Stream Slope) :

شیروانی سد که در تماس با دریاچه سد بوده و تحت تأثیر امواج قرار می گیرد.

شیروانی پایین دست (Down Stream Slope):

شیروانی سد که تنها در معرض باد، باران و … قرار می گیرد.

زهکش (Drain):

به منظور هدایت آب های نشتی به محل خروج مناسب در نظر گرفته می شود.

لوله جمع کننده آب زهکش (Collector Pipe ):

عمل هدایت آب های جمع شده توسط زهکش را به سمت یک محل مرکزی انجام می دهد.

فیلتر(Filter):

 لایه انتقالی که بین مصالح ریزدانه و درشت دانه و در نقاط مختلف در بین تمام اجزای سد ممکن است قرار گیرد و  از شستگی مصالح ریزدانه به سمت مصالح درشت دانه جلوگیری می کند.

گالری بازدید (Gallery ) :

عبارت است از یک تونل (معمولاً بتنی) که جهت بازدید، بازرسی، تزریق بتن، ابزار بندی و … در زیر هسته رسی و در راستای زیر تاج سد اجرا می گردد.

پرده آب بند(Cut Off):

از جنس های مختلف مثل بتن پلاستیک، رس و بنتونیت در زیر تاج سد ساخته شده و در بسترهای غیر سنگی، کار کاهش فشار آب و جلوگیری از نفوذ آن به پایین دست را انجام می دهد.

پوشش شیروانی بالا دست سد (Up Stream Slope Protection ):

جهت محافظت بدنه سد در مقابل شکستگی پوسته و خرابی در اثر نیروی امواج ساخته می شود و در برخی از انواع آن مثل پوشش های بتنی، در سدهای سنگریزه ای می تواند حکم آب بند را نیز اجرا نماید.

پوشش شیروانی پایین دست (Down Stream Slope Protection):

که بیشتر جنبه تزیینی داشته و تنها از شستگی پایین دست در مقابل باران، سیلاب و … جلوگیری می نماید.

پله روی شیروانی (Berm ):

معمولاً در سدهای مرتفع تر از 30 متر جهت تردد ماشین آلات، ابزار بندی و پایداری بیشتر شیروانی ها و … طراحی و اجرا می گردد.

ارتفاع تراز نرمال آب دریاچه (N.W.L):

ترازی است که سد برای آن طراحی می شود و منطبق بر تراز کف سرریز می باشد.

تراز ماکزیمم آب دریاچه (Max.W.L) :

ترازی است که سرریز با حداکثر ظرفیت خود مشغول به تخلیه آب دریاچه می گردد.

تراز مینیمم آب دریاچه (Min.W.L):

ترازی است که در آن حجم آب دریاچه، حجم مرده و غیر فعال می شود.

ارتفاع آزاد (Free Board):

 ارتفاع سطح آب از تاج سد است و جهت جلوگیری از تأثیر منفی امواج، طراحی و اجرا می گردد.

 اصول طراحی اجزای سدهای خاکی:

در طراحی اجزای سدهای خاکی ، می بایست با استفاده از آیین نامه های مختلف معتبر که مورد استفاده می باشد ، مشخصات بخشهای مختلف سدهای خاکی را طراحی نمود. در این راستا آئین نامه های متعددی جهت استفاده در طراحی سدهای مختلف مورد نظر می باشد که مهمترین آن ها عبارتند از:

(ICOLD: (International Commission On Large Dam

(ANCOLD: (Australian National Commission On Large Dam

(IRCOLD: (IRanian Commission On Large Dam

می باشد. در ایران نیز از سوی کمیته ملی سدهای بزرگ ایران، نشریاتی ICOLD ، مشهورترین و معتبرترین آیین نامه های جهان جهت برخی از ضوابط مربوط به طراحی سدها به چاپ رسیده است که می تواند در طراحی ها مد نظر قرار گیرد.