Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων Εργαστήριο Διευθέτησης Ορεινών Υδάτων και Διαχείρισης Κινδύνου Προπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Μελέτη Φίλτρων - Στραγγιστηρίων Φώτης Π. Μάρης Αναπλ. Καθηγητής
Ζώνες Τμήμα Φράγματος Υλικό κατασκευής 1 Πυρήνας Αδιαπέραστα υλικά 2 Φίλτρο Διαβαθμισμένο αμμώδες υλικό 3 Στραγγιστήριο Διαβαθμισμένο χαλικώδες υλικό 4 Κελύφη Αμμοχάλικα, κορήματα, κερματισμένος βράχος 5 Ανάντη ζώνη προστασίας Ογκόλιθοι Τρόχμαλοι 6 Κατάντη ζώνη προστασίας Λίθοι - Κροκάλες 2
Ζώνη φίλτρων Για λόγους ασφαλούς σχεδιασμού του φράγματος, θεωρείται ότι ο πυρήνας μπορεί να βρεθεί υπό συνθήκες υψηλής υδραυλικής κλίσης και κατά συνέπεια επιβάλλεται η πρόβλεψη προστασίας του υλικού του από διάβρωση. Η προστασία αυτή παρέχεται με την παρεμβολή υλικού κατάλληλης διαβάθμισης μεταξύ του πυρήνα και του κατάντη κελύφους. Η ζώνη του φίλτρου, λόγω της διαβάθμισης της, μπορεί να συγκρατεί τους κόκκους του πυρήνα και να εμποδίζει την μετακίνησή τους με τη ροή του νερού. 3
Βασικές ιδιότητες των υλικών φίλτρων Το υλικό φίλτρου πρέπει να εκπληρώνει τέσσερις βασικές ιδιότητες, ώστε να ανταποκρίνονται επιτυχώς στο ρόλο της προστασίας του πυρήνα. 1. Να συγκρατεί το υλικό του πυρήνα, 2. Να παροχετεύει άμεσα το διηθούμενο νερό από τον πυρήνα, ώστε να μην αναπτύσσονται πιέσεις, 3. Να μην διαχωρίζει κατά την απόθεση ώστε να μην μεταβάλλεται η κοκκομετρική του διαβάθμιση και δημιουργούνται ζώνες με συγκέντρωση χονδρών κόκκων, που δεν λειτουργούν ως φίλτρα, 4. Να καταρρέει όταν βυθίζεται σε νερό, ώστε να μην διατηρεί ανοικτές ρωγμές που μπορούν να αναπτυχθούν, 5. Να μην μεταβάλλεται διαχρονικά η κοκκομετρική του διαβάθμιση, είτε λόγω σταδιακής συγκόλλησης των κόκκων, είτε λόγω θραύσης των κόκκων λόγω υψηλών φορτίων ή χημικής αλλοίωσης. 4
Υλικό Φίλτρου Η κοκκομετρία του υλικού του φίλτρου εξαρτάται αποκλειστικά από την κοκκομετρία του υλικού του πυρήνα, τον οποίο καλείται να προστατέψει. Επειδή το υλικό φίλτρου δεν είναι βιομηχανικό προϊόν, ώστε να έχει μια συγκεκριμένη και σταθερή κοκκομετρία, αλλά προκύπτει από την επεξεργασία φυσικών υλικών (κοσκίνισμα, θραύση, πλύσιμο) η απαιτούμενη διαβάθμιση του υλικού προσδιορίζεται με δύο περιβάλλουσες καμπύλες. Οποιοδήποτε υλικό του οποίου η κοκκομετρική καμπύλη βρίσκεται στο σύνολό της μεταξύ των δύο περιβάλλουσων, είναι υλικό φίλτρου και μπορεί να ανταποκριθεί με ασφάλεια στις απαιτήσεις προστασίας πυρήνα φράγματος. Ο προσδιορισμός των κοκκομετρικών καμπύλων των δύο περιβαλλουσών, αποτελεί στόχο ειδικής μελέτης, ώστε να καλύπτονται πέντε κρίσιμα κριτήρια καταλληλότητας υλικού. 5
Διάστρωση και Συμπύκνωση Υλικού Φίλτρου Το πλάτος της ζώνης φίλτρου που απαιτείται για συγκράτηση υλικού πυρήνα είναι πολύ μικρό. Εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι πάχος φίλτρου 10cm cm, μπορεί να αντιμετωπίσει υψηλές υδραυλικές κλίσεις χωρίς να επιτρέψουν διάπλυση και διάβρωση υλικού. Κατασκευαστικοί όμως λόγοι και λόγοι ασφαλείας δεν επιτρέπουν τη διάστρωση του υλικού σε μικρά πλάτη. Επομένως το πλάτος της ζώνης φίλτρου συνδέεται με τα πλάτη του εξοπλισμού μεταφορά και διάστρωσης και συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 3 4 m, δηλαδή όσο σχηματίζεται με εκφόρτωση από ανατρεπόμενο φορτηγό. 6
Το υλικό φίλτρου διαστρώνεται σε οριζόντιες στρώσεις, κατακόρυφου ύψους 40 50 cm μετά τη συμπύκνωση. Επειδή η ζώνη του φίλτρου διαστρώνεται και συμπυκνώνεται παράλληλα με τον πυρήνα του φράγματος, είναι σκόπιμο το πάχος διάστρωσης του φίλτρου να είναι πολλαπλάσιο του πάχους διάστρωσης του πυρήνα (15 45 cm). Προκειμένου να εξασφαλίζεται το ελάχιστο πλάτος της Ζώνης 2 στις παρειές του πυρήνα, η απόθεση και η διάστρωση του φίλτρου προηγείται των παρακείμενων ζωνών (πυρήνας, στραγγιστήριο, κέλυφος), ενώ η συμπύκνωση της γίνεται μετά τη διάστρωση των παρακείμενων ζωνών. 7
8
Εκφόρτωση 9
Διάστρωση 10
Διάστρωση γειτονικών ζωνών 11
Διάστρωση γειτονικών ζωνών 12
Διάστρωση και συμπύκνωση 13
Επαναλαμβανόμενη διαδικασία - Εμφάνιση Χριστουγεννιάτικου δένδρου 14
Διάστρωση Ζωνών 1, 2 & 3 Φράγμα Κρητηνίας Ν. Ρόδου 15
Διάστρωση Ζωνών 1, 2 & 3 Φράγμα Φανερωμένης Ν. Κρήτης 16
Η συμπύκνωση της ζώνης φίλτρου γίνεται με διελεύσεις δονητικού κυλινδροσυμπυκνωτή, λείου τυμπάνου, στατικού βάρους τουλάχιστον 10 τόνων. ΟΙ ζώνες φίλτρου ανάντη και κατάντη του πυρήνα δεν πρέπει να συμπυκνώνονται σε υψηλό βαθμό, ώστε αφενός να μειώνονται οι επιπτώσεις από το φαινόμενο θόλου που αναπτύσσεται στον πυρήνα και αφετέρου να διευκολύνεται η κατάρρευση του υλικού κατά την εμφάνιση των ρωγμών. Επιπλέον το υλικό φίλτρου πρέπει να είναι ελαφρώς υγρό πριν από τη μεταφορά στο ανάχωμα του φράγματος, ώστε να μειώνεται η τάση διαχωρισμού κατά την εκφόρτωση και διάστρωση. 17
Δονητικός κυλινδρο συμπυκνωτής στατικού βάρους 10 τόνων 18
Διάστρωση Ζωνών 1, 2 & 3 Φράγμα Φανερωμένης Ν. Κρήτης 19
Ζώνη 3 - Στραγγιστήρια Τα στραγγιστήρια είναι ζώνες υψηλής διαπερατότητας, από καθαρά χαλίκια και κροκάλες, που έχουν την δυνατότητα να απομακρύνουν από το ανάχωμα του φράγματος οποιαδήποτε διηθούμενα νερά, ώστε να μην είναι δυνατή η ανάπτυξη πιέσεων. 20
Ζώνες Τμήμα Φράγματος Υλικό κατασκευής 1 Πυρήνας Αδιαπέραστα υλικά 2 Φίλτρο Διαβαθμισμένο αμμώδες υλικό 3 Στραγγιστήριο Διαβαθμισμένο χαλικώδες υλικό 4 Κελύφη Αμμοχάλικα, κορήματα, κερματισμένος βράχος 5 Ανάντη ζώνη προστασίας Ογκόλιθοι Τρόχμαλοι 6 Κατάντη ζώνη προστασίας Λίθοι - Κροκάλες 21
Ζώνη 3 - Στραγγιστήρια Τα υλικά των στραγγιστηρίων πρέπει να αποτελούνται από σκληρούς, ανθεκτικούς και υγιείς κόκκους θραυσμένου βράχου ή χειμαρρικών αποθέσεων. Ο έλεγχος καταλληλότητας των υλικών θα γίνεται με τις τυποποιημένες Δοκιμές Εκτριβής (Los Angeles) και Δοκιμές Υγείας, όπως και για τα υλικά των Φίλτρων. 22
Πλάτος ζώνης Στραγγιστηρίου Το πλάτος της ζώνης στραγγιστηρίου στο κεκλιμένο τμήμα κατάντη του πυρήνα, το πάχος της ζώνης στο υπο οριζόντιο τμήμα (στη θεμελίωση του κάταντες κελύφους), σε συνδυασμό με τη διαπερατότητα του υλικού της ζώνης, πρέπει να είναι σε θέση να παροχετεύσουν με ασφάλεια προς τα κατάντη και εκτός αναχώματος του φράγματος, το σύνολο των νερών που μπορεί να προέλθουν από διήθηση. Η επάρκεια του στραγγιστηρίου ελέγχεται με εκτίμηση των ποσοτήτων νερού που διηθείται μέσα από τις ζώνες του αναχώματος και παροχετεύεται εκτός αναχώματος, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος ανάπτυξης πιέσεων στο ανάχωμα, γεγονός που μειώνει την ευστάθεια του και αυξάνει τον κίνδυνο διάπλυσης του υλικού. 23
Υπο οριζόντια ζώνη Στραγγιστηρίου Σε περιπτώσεις χρησιμοποίησης υλικών χαμηλής διαπερατότητας στο κατάντη κέλυφος του φράγματος, απαιτείται η διάστρωση παρα οριζόντιας στρώσης στραγγιστηρίου, σε κατάλληλο υψόμετρο (συνήθως στη θεμελίωση), στο κάταντες κέλυφος. Η ζώνη αυτή διαστρώνεται μόνο στην κοίτη του ποταμού ή χειμάρρου. Δεν απαιτείται διάστρωση στα αντερείσματα. Το πλάτος και το ύψος της ζώνης αυτής πρέπει να υπολογιστούν ώστε να παροχετεύονται με μεγάλη ευκολία, τα διηθούμενα νερά από τον πυρήνα και την θεμελίωση, εκτός αναχώματος, ώστε να μην αναπτύσσονται πιέσεις στο κάταντες κέλυφος. 24