Ενοργάνωση Φραγμάτων

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΗΡΩΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ 9 15780 ΖΩΓΡΑΦΟΥ ΑΘΗΝΑ Ενοργάνωση Φραγμάτων Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 1

Αντικείμενο της Διάλεξης Αντικείμενο της διάλεξης είναι η παρουσίαση των διατάξεων οργάνων και δικτύων που εγκαθίστανται στο σώμα και τα αντερείσματα των φραγμάτων με σκοπό την παρακολούθησή τους κατά την κατασκευή αλλά και λειτουργία τους. Κατηγορίες Οργάνων Τα όργανα που εγκαθίστανται στο σώμα και τα αντερείσματα των φραγμάτων διακρίνονται σε αυτά που αποσκοπούν στην καταγραφή: των υδροστατικών πιέσεων της κατανομής των τάσεων των διαρροών των εσωτερικών μετακινήσεων των επιφανειακών μετακινήσεων των δονήσεων - ταλαντώσεων Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 2

Όργανα παρακολούθησης των υδροστατικών πιέσεων Όργανα που καταγράφουν τις υδροστατικές πιέσεις εντός και κάτω από το σώμα των φραγμάτων καθώς και εντός των αντερεισμάτων. Οι μετρήσεις αυτές επιτρέπουν την πρόληψη φαινομένων διασωλήνωσης καθώς και αστοχιών εξαιτίας των φαινομένων αυτών (αστοχία πρανών, υδραυλική ανύψωση της βάσης του φράγματος κ.α.). Επιπλέο οι μετρήσεις αυτές εντοπίζουν προβλήματα στις κουρτίνες τσιμεντενέσεων καθώς και στα συστήματα αποστράγγισης του σώματος (φίλτρα ποδός) και των αντερεισμάτων (σήραγγες αποστράγγισης). Διακρίνονταισεανοιχτού και κλειστού τύπου. Τα ανοιχτού τύπου είναι φρέατα παρατήρησης ή πιεζόμετρα εγκατεστημένα στο σώμα κατά τη διάρκεια της κατασκευής ή στα αντερείσματα οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Τα κλειστού τύπου διακρίνονται σε υδραυλικά (hydraulic), πνευματικά (pneumatic), παλλόμενου σύρματος (vibrating wire) και πιεζόμετρα με μετρητή αντίστασης παραμόρφωσης (resistance strain gage piezometer). Υδραυλικά πιεζόμετρα Πνευματικά πιεζόμετρα ζμ Ανοιχτά πιεζόμετρα ζμ Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 3

Σημειώσεις Διαλέξεων Μαθήματος Πιεζόμετρα παλλόμενου σύρματος & πιεζόμετρα με μετρητή αντίστασης παραμόρφωσης Όργανα μέτρησης της κατανομής των τάσεων Όργανα που καταγράφουν τις τάσεις που αναπτύσσονται μεταξύ του σώματος του φράγματος και των αντερεισμάτων ή της επιφάνειας θεμελίωσης. Επίσης μπορούν μ ρ να καταγράψουν γρ ψ τιςς τάσειςς που αναπτύσσονται μ μεταξύ ξ των επιμέρους ζωνών του φράγματος. Οι μετρήσεις αυτές επιτρέπουν τον εντοπισμό και πρόληψη προβλημάτων που δύναται να προκληθούν εξαιτίας της υπέρβασης της φέρουσας ικανότητας των επιμέρους υλικών. Τα όργανα αυτά διακρίνονται σε κυψέλες φόρτισης (load cells), σε μετρητές παλλόμενου σύρματος (vibrating wire gauges) και σε επίπεδους γρύλους (flat jacks). ¾Οι κυψέλες φόρτισης μετατρέπουν τις μεταβολές της πίεσης των υδραυλικών υγρών εντός της κυψέλης σε ηλεκτρικό σήμα. ¾Στους μετρητές παλλόμενου σύρματος οι μεταβολές της πίεσης μεταβάλουν τη συχνότητα με την οποία πάλλεται το σύρμα. ¾Οι επίπεδοι γρύλοι χρησιμεύουν στην επιτόπου μέτρηση των τασικών πεδίων. Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 4

Κυψέλες Φόρτισης Μετρητές παλλόμενου σύρματος Vibrating Wire Push-In Pressure Cell Επίπεδοι γρύλοι Επίπεδοι γρύλοι (flat jacks) Δοκιμή για τον προσδιορισμό των τάσεων που αναπτύσσονται στη βάση πρανούς Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 5

Όργανα παρακολούθησης των διαρροών Όργανα διατάξεις που καταγράφουν τις διαρροές που λαμβάνουν χώρα μέσω του σώματος του φράγματος αλλά και μέσω της βραχομάζας των αντερεισμάτων δίνουν πολύτιμες πληροφορίες για τη συμπεριφορά του φράγματος και των συνοδών έργων στεγανοποίησης. ης Όπως και με ταόργανα παρακολούθησης των υδροστατικών πιέσεων οι μετρήσεις αυτές επιτρέπουν την πρόληψη φαινομένων διασωλήνωσης καθώς και αστοχιών εξαιτίας των φαινομένων αυτών. Επιπλέον εντοπίζουν προβλήματα στις κουρτίνες τσιμεντενέσεων καθώς και στα συστήματα αποστράγγισης του σώματος και των αντερεισμάτων. Για τις μετρήσεις αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν: Υπερχειλιστές: βαθμονομημένες διατομές στις οποίες η στάθμη του διερχόμενου νερού παραπέμπει στην παροχή. Βαθμονομημένες δεξαμενές: υπολογίζεται ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρωσή τους. Παροχόμετρα (μυλίσκοι): η ταχύτητα περιστροφής τυποποιημένου έλικα προσδιορίζει την παροχή του νερού. Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 6

Μυλίσκοι Όργανα καταγραφής των εσωτερικών μετακινήσεων Όργανα που καταγράφουν τις σχετικές μετακινήσεις μεταξύ των επιμέρους ζωνών του φράγματος, καθώς και μεταξύ του φράγματος και της θεμελίωσης ή των αντερεισμάτων. Επίσης όργανα αυτού του είδους εγκαθίστανται κατά μήκος ρωγμών της βραχομάζας των αντερεισμάτων, εντός στοών παρακολούθησης, στην επαφή των συνοδών έργων με το φράγμα, κ.α. Η ύπαρξη των οργάνων αυτών επιτρέπει την ασφαλή παρακολουθηση του έργου κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του και δύναται να αποτρέψει αστοχίες της κατασκευής. Όργανα που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση των εσωτερικών ργ χρη μ γ η ρ η η ρ μετακινήσεων είναι: Επιμηκυνσιόμετρα ενός ή πολλαπλών σημείων (οριζόντια ή κατακόρυφα), ρωγμόμετρα, κλισιόμετρα/αποκλισιόμετρα, κ.α. Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 7

Κλισιόμετρα / Αποκλισιόμετρα (Inclinometers/deflectometers) Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 8

Επιμηκυνσιόμετρα (extensometers) Επιμηκυνσιόμετρα με ράβδους (Rod Extensometer) Μαγνητικά επιμηκυνσιόμετρα (Magnet Extensometer) Όργανα καταγραφής των εξωτερικών μετακινήσεων Οι εξωτερικές μετακινήσεις συνήθως καταγράφονται μέσω της παρακολούθησης σημείων που έχουν επιλέγει στη στέψη και στα πρανή του φράγματος, στα αντερείσματα στα συνοδά έργα. Τα σημεία αυτά έχουν ενταχθεί σε δίκτυο με σταθερά σημεία που βρίσκονται σε σταθερές θέσεις και σε απόσταση από το έργο. Οι μετρήσεις τους πραγματοποιούνται περιοδικά με τη χρήση σύγχρονων ή συμβατικών τοπογραφικών οργάνων. Υδρευτικό φράγμα Αποσελέμη, Κρήτη Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 9

Όργανα καταγραφής δονήσεων (σεισμικών κ.α.) Όργανα που καταγράφουν τις δονήσεις που σχετίζονται με φυσικά αίτια (σεισμική δραστηριότητα) αλλά και με ανθρωπογενή αίτια (κατασκευαστική δραστηριότατα, εκρήξεις, λειτουργία μηχανημάτων, κ.α.). Ηκαταγραφήτων σεισμικών δονήσεων παρέχει ρχ πολύτιμες μς πληροφορίες ρ για τον ορθότερο ρ σχεδιασμό των μελλοντικών έργων ενώ η καταγραφή των δονήσεων που σχετίζονται με την ανθρωπογενή δραστηριότητα επιτρέπει τον έλεγχο των επιστρώσεων στο φράγμα και το μετριασμό των όποιων δραστηριοτήτων κριθεί απαραίτητο. Για τις μετρήσεις αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν: Σεισμογράφοι: μ φ καταγράφουν την εξέλιξη ξη των δονήσεων στο χρόνο. Επιταχυνσιογράφοι: καταγράφουν την επιτάχυνση στη θέση όπου έχουν αγκυρωθεί. Ενοργάνωση Χωμάτινων Φραγμάτων Παράδειγμα από το Φράγμα του ΥΗΣ Σφηκιάς Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 10

Σημειώσεις Διαλέξεων Μαθήματος Φράγμα Σφηκιάς Γεωγραφική θέση: Αλιάκμονας Ποταμός 20 km νότια της Βέροιας. Τύπος Φράγματος: Λιθόρριπτο με κεκλιμένο κεντρικό αργιλικό πυρήνα. Γεωμετρικά Χαρακτηριστικά: Όγκος αναχώματος 1.620.000 m3, Υψόμετρο στέψης 151 m, Μέγιστο ύψος 82 m, Μήκος στέψης 220 m. Στοιχεία Ταμιευτήρα: Έκταση 4,3 4 3 km2, Χωρητικότητα 103 Χ 106 m3. Υπόβαθρο Θεμελίωσης: Αμφιβολιτικοί Γνεύσιοι, προ οφειολιθικά πετρώματα του Παλαιοζωικού της Ζώνης της Αλμωπίας. Εγκατεστημένη ισχύς: 315 MW (Τρεις μονάδες τύπου Francis). Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 11

Σημειώσεις Διαλέξεων Μαθήματος Ενοργάνωση Σώματος Διάταξη Οργάνων: 1) 2) 3) Τομή Α-Α Στην επιφάνεια του φράγματος. Σε τομή κατά μήκος του άξονα του φράγματος. Σε τομές κάθετα στον άξονα του φράγματος (Τομές Α-Α και F-F ). Τομή F-F Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 12

Είδος Οργάνου Αριθμός Σήμανσης Σημείο τριγωνισμού Τ-1 έως Τ-4 Τ-5 έως Τ-8 Σημείο ελέγχου επιφανειακής καθίζησης S-1 έως S-14 S-15 έως S-26 S-27 έως S-31 S-32 έως S-46 S-47 έως S-54 S-55 έως S-62 S-63 έως S-66 S-67 έως S-80 Θέση Εγκατάστασης Δεξί ακρόβαθρο Αριστερό ακρόβαθρο Στέψη φράγματος Κατάντι πρανές φράγματος Ανάντι πρανές φράγματος Δεξί ακρόβαθρο Απέναντι του σταθμού παραγωγής Περιοχή εξόδου εκχειλιστών Περιοχή σταθμού παραγωγής Αριστερό ακρόβαθρο Συσκευή ελέγχου πλευρικής μετακίνησης (Κλισιόμετρο) L-1 έως L-2 L-3 έως L-7 L-8 έως L-11 L-12 έως L-15 L-16 έως L-18 L-19 έως L-23 Δεξί ακρόβαθρο Πρανές απέναντι του σταθμού Περιοχή εξόδου εκχειλιστή Περιοχή σταθμού παραγωγής Περιοχή εισόδ. Εκχειλ & υδροληψ. Αριστερό ακρόβαθρο Συνδυασμός συσκευής πλευρικής μετακίνησης & συσκευής εσωτερικής καθίζησης L+IS-1 έως L+IS-2 Φράγμα Συσκευή μετακίνησης οριζόντιας HI-1 έως HI-5 Φράγμα Μονοαξονικό μηκυνσιόμετρο ELS-1 έως ELS-10 Φράγμα Κύτταρο μέτρησης πιέσεως γαιών Πιεζόμετρο (φρεάτιο παρατήρησης) Ε-1 έως Ε-3 Φράγμα PW-1 έως PW-11 PW-12 έως PW-19 PW-20 έως PW-27 PW-28 έως PW-31 PW-32 έως PW-33 PW-34 έως PW-36 PW-37 έως PW-40 Κατάντι πόδας του φράγματος Δεξί ακρόβαθρο Πρανές απέναντι του σταθμού Περιοχή εξόδου εκχειλιστή Περιοχή σταθμού παραγωγής Περιοχή εισόδ. Εκχειλ & υδροληψ. Αριστερό ακρόβαθρο Πιεζομετρικό κύτταρο Pz-1έως Pz-46 Φράγμα Πιεζομετρικό κύτταρο θεμελίωσης Pzf-1 έως Pzf-4 Θεμελίωση φράγματος Επιταχυνσιογράφος AC-1 Θεμελίωση φράγματος (τύπου εξισορρόπησης AC-2 Στέψη φράγματος δυνάμεων) AC-3 AC-4 AC-5 Δεξί ακρόβαθρο Υδροληψία Σταθμός παραγωγής AC-6 Έξοδος εκχειλιστή Επιταχυνσιογράφος αιχμής Μηκυνσιόμετρα βράχου PAC-1 έως PAC-2 PAC-3 PAC-4 R-1 έως R-18 R-19 έως R-24 Κατάντι πρανές φράγματος Στέψη φράγματος Έργο εισόδου εκχειλιστή Πρανή εκσκαφών Φυσικά πρανή Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 13

Διάταξη Έλεγχου Κατακόρυφων Παραμορφώσεων (Καθιζησίμετρο) Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 14

Διάταξη Έλεγχου Οριζόντιων παραμορφώσεων Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 15

ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ HI-4 22-Ιουν-87 14-Μαρ-87 Τομή ήf-ff 4-Δεκ-86 26-Αυγ-86 18-Μαϊ-86 7-Φεβ-86 Πλήρωση Λίμνης 30-Οκτ-85 22-Ιουλ-85 13-Απρ-85 3-Ιαν-85 25-Σεπ-84 17-Ιουν-84 Ολοκλήρωση Κατασκευής 9-Μαρ-84 30-Νοε-83 22-Αυγ-83 14-Μαϊ-83-0,1-0,08-0,06-0,04-0,02 0 0,02 Οριζόντιες Μετακινήσεις (m) A B C ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ HI-1 3-Μαρ-91 23-Νοε-90 15-Αυγ-90 7-Μαϊ-90 27-Ιαν-90 19-Οκτ-89 11-Ιουλ-89 2-Απρ-89 23-Δεκ-88 14-Σεπ-88 6-Ιουν-88 27-Φεβ-88 19-Νοε-87 11-Αυγ-87 3-Μαϊ-87 23-Ιαν-87 15-Οκτ-86 7-Ιουλ-86 29-Μαρ-86 19-Δεκ-85 Πλήρωση Λίμνης 10-Σεπ-85 2-Ιουν-85 22-Φεβ-85 14-Νοε-84 6-Αυγ-84 28-Απρ-84 Ολοκλήρωση Κατασκευής 19-Ιαν-84 11-Οκτ-83 3-Ιουλ-83 25-Μαρ-83-0,07-0,06-0,05-0,04-0,03-0,02-0,01 0 0,01 0,02 Οριζόντιες Μετακινήσεις (m) A B C D E F G H Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 16

Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 17

Τερματικό φρεάτιο φράγματος Σφηκιάς Πνευματικό Πιεζομετρικό κύτταρο Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 18

Επιταχυνσιογράφος Θεμελίωση φράγματος Στέψη φράγματος Δεξί ακρόβαθρο Υδροληψία Σταθμός παραγωγής Έξοδος εκχειλιστή Βιβλιογραφία Bartholomew Ch., Haverland M., (1987) Concrete dam instrumentation manual. United States Department of Interior, pp. 168. ΔΕΗ- Γενική Διεύθυνση Παραγωγής Μεταφοράς Κλιμάκιον Μελέτης Υδροηλεκτρικών Έργων - Υδροηλεκτρικό Έργο Σφηκιάς, (1980),Φράγμα - Σύστημα Οργάνων και Λεπτομέρειαι Φύλλα 1& 2. Λουπασάκης Κ., (2002), Μελέτη της Συμπεριφοράς του Σώματος Χωμάτινων Φραγμάτων με τη Χρήση Μεθόδων Αριθμητικής Ανάλυσης, Διδακτορική Διατριβή, αριθμός 59 του παραρτήματος της επιστημονικής επετηρίδας του Τμήματος Γεωλογίας της Σχολής Θετικών Επιστημών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, σελ. 334. Επίκ. Καθηγητής ΕΜΠ 19