Tama grawitacyjna - Gravity dam

Willow Creek Dam w Oregonie , betonowa zapora grawitacyjna zagęszczana walcami

Zapora ciężkości jest zapora wykonana z betonu lub kamienia murze i zaprojektowane, aby powstrzymywać wody za pomocą tylko ciężar materiału i jego odporności na fundamencie przeciwstawić ciśnienie poziomy wody popychając go. Zapory grawitacyjne są zaprojektowane tak, aby każda sekcja zapory była stabilna i niezależna od jakiejkolwiek innej sekcji zapory.

Charakterystyka

Tamy grawitacyjne na ogół wymagają sztywnych fundamentów skalnych o dużej nośności (lekko zwietrzałe do świeżego), chociaż w rzadkich przypadkach zostały zbudowane na fundamentach gruntowych. Nośność fundamentu ogranicza dopuszczalne położenie siły wypadkowej , wpływając na ogólną stateczność. Również sztywność konstrukcji zapory grawitacyjnej jest niekorzystna dla różnicowego osiadania fundamentów, które mogą powodować pękanie konstrukcji zapory.

Zapory grawitacyjne mają pewne zalety w porównaniu z tamami nasypowymi , a główną zaletą jest to, że mogą tolerować niewielkie przepływy z góry bez uszkodzeń, ponieważ beton jest odporny na szorowanie. Duże przepływy górne nadal stanowią problem, ponieważ mogą przeszukiwać fundamenty, jeśli nie zostaną uwzględnione w projekcie. Wadą zapór grawitacyjnych jest to, że ze względu na ich dużą powierzchnię są podatne na naciski wyporowe, które działają jak siła destabilizująca. Ciśnienia wyporu (wyporu) można zmniejszyć za pomocą systemów drenażu wewnętrznego i fundamentowego. Podczas budowy twardniejący beton wywołuje reakcję egzotermiczną. Ciepło to rozszerza plastikowy beton, a jego schłodzenie może trwać nawet kilkadziesiąt lat. Podczas chłodzenia beton jest sztywny i podatny na pękanie. Zadaniem projektanta jest zapewnienie, aby tak się nie stało.

Projekt

Tamy grawitacyjne są budowane przez odcięcie dużej części gruntu w jednym odcinku rzeki, co pozwala na wypełnienie przestrzeni i przechowywanie wody. Po odcięciu gruntu należy przetestować glebę, aby upewnić się, że wytrzyma ciężar zapory i wody. Ważne jest, aby z czasem gleba nie uległa erozji, co pozwoliłoby wodzie przebić się wokół lub pod tamą. Czasami do osiągnięcia tych celów wystarcza gleba; jednak innym razem wymaga kondycjonowania poprzez dodanie skał wspierających, które wzmocnią ciężar zapory i wody. Istnieją trzy różne testy, które można wykonać, aby określić siłę wsparcia fundacji: podejście Westergaarda, Eulera i Lagrange'a. Gdy fundament będzie już odpowiedni do budowy, można rozpocząć budowę zapory. Zazwyczaj zapory grawitacyjne są budowane z mocnego materiału, takiego jak bloki betonowe lub kamienne, i mają kształt trójkąta, aby zapewnić jak największe podparcie.

Klasyfikacje

Najpopularniejszą klasyfikacją zapór grawitacyjnych są materiały, z których wykonana jest konstrukcja:

Zapory kompozytowe to połączenie zapór betonowych i nasypowych . Materiały konstrukcyjne zapór kompozytowych są takie same, jak w przypadku zapór betonowych i nasypowych.

Zapory grawitacyjne można klasyfikować według planu (kształtu):

  • Większość zapór grawitacyjnych jest prosta ( Grand Coulee Dam ).
  • Niektóre murowane i betonowe zapory grawitacyjne osią tamy zakrzywione ( Shasta Dam , Cheesman Dam ), aby zwiększyć stabilność przez działanie łuku.

Zapory grawitacyjne można klasyfikować ze względu na ich wysokość konstrukcyjną:

  • Niski, do 100 stóp.
  • Średnio wysoki, od 100 do 300 stóp.
  • Wysoka, ponad 300 stóp.

Trzęsienia ziemi i ekosystemy

Tamy grawitacyjne są budowane tak, aby wytrzymać niektóre z najsilniejszych trzęsień ziemi . Mimo że fundamenty tamy grawitacyjnej są zbudowane tak, aby utrzymać ciężar zapory i całej wody, są one dość elastyczne, ponieważ pochłaniają dużą ilość energii i wysyłają ją do skorupy ziemskiej. Musi być w stanie wchłonąć energię z trzęsienia ziemi, ponieważ gdyby tama pękła, wysłałaby w dół masową ilość wody i zniszczyłaby wszystko na swojej drodze. Trzęsienia ziemi są największym zagrożeniem dla zapór grawitacyjnych i dlatego każdego roku i po każdym większym trzęsieniu ziemi muszą być testowane pod kątem pęknięć, trwałości i wytrzymałości. Chociaż oczekuje się, że tamy grawitacyjne będą trwać od 50 do 150 lat, należy je konserwować i regularnie wymieniać.

Inny problem z tamami grawitacyjnymi dotyczy ekosystemów. Ponieważ podczas budowy tamy zmienia się przepływ i ilość wody, ma to zazwyczaj wpływ na obszar zapory i wszystko po jej zakończeniu. Jeśli woda, która normalnie płynie dwa tygodnie w roku na danym obszarze, teraz płynie bez przerwy, zacznie tam żyć i rozwijać się nowe życie. Podobnie, jeśli odetniesz wodę do miejsca, w którym przez cały rok płynie woda, rzeczy zaczną umierać. Wielu ekologów ma problemy z tamami ze względu na ich wpływ na środowisko.

Bibliografia

Bibliografia

  • Kollgaardand, EB; Chadwick, WL (1988). Rozwój inżynierii tamy w Stanach Zjednoczonych . Amerykański Komitet Międzynarodowej Komisji ds. Dużych Zapór.
  • Tamy Stanów Zjednoczonych - Obrazkowy pokaz zapór Landmark . Denver, Kolorado: Amerykańskie Towarzystwo ds. Zapór. 2013.