Χωμάτινα Φράγματα Κατασκευάζονται με γαιώδη υλικά που διατηρούν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους Αντλούν την αντοχή τους από την τοποθέτηση, το συντελεστή εσωτερικής τριβής και τη συνάφειά τους. Παρά τη συμπύκνωσή τους αφήνουν κενά ανάμεσα στους κόκκους. Σε αντίθεση με υλικά σκυροδέματος που συσσωματώνονται σε μια ενιαία σκληρή και απαραμόρφωτη μάζα, τα γαιώδη υλικά συνιστούν μια εύπλαστη και εύκαμπτη μάζα που μπορεί να παρακολουθήσει ελαφρές υποχωρήσεις του εδάφους στο οποίο θεμελιώνεται, χωρίς κίνδυνο καταστροφής
Τύποι χωμάτινων φραγμάτων (α) Με διάφραγμα (β) Ομογενή (γ) Ετερογενή ή κατά ζώνες
Χωμάτινα φράγματα με διάφραγμα Κατασκευάζονται με διαπερατά υλικά (άμμο, χαλίκια, πέτρες, βράχους) και μια λεπτή μεμβράνη από αδιαπέρατο υλικό, που εμποδίζει το νερό να περάσει μέσα από το φράγμα. Η μεμβράνη μπορεί να τοποθετηθεί από το ανάντι πρανές μέχρι τον κεντρικό κατακόρυφο άξονα της διατομης και από πλευράς υλικού, μπορεί να γίνει από άργιλο, σκυρόδεμα ή ασφαλτο
Ομογενή χωμάτινα φράγματα Κατασκευάζεται σε όλο του το πλάτος και ύψος από ένα είδος υλικού (εκτός από τη προστασία των πρανών). Το υλικό πρέπει να έχει ελάχιστη έως μηδαμινή διαπερατότητα (κ=10-7 m/sec), ώστε να είναι αδιαπέρατο το φράγμα. Αυτό επιτυγχάνεται με χρησιμοποίηση υλικού που η καμπύλη της κοκκομετρικής του διαβάθμισης είναι πλατιά και με μικρή κλίση πρανών (για να υπάρχει σταθερότητα τόσο του ανάντι πρανούς σε περίπωση γρήγορης πτώσης της στάθμης του ταμιευτήρα όσο και της κατάντι, σε περίπτωση διήθησης όταν η στάθμη του ταμιευτήρα είναι υψηλή.
Ομογενή χωμάτινα φράγματα (συνέχεια) Η μείωση του όγκου ενός ομογενούς φράγματος μπορεί να γίνει με την τοποθέτηση μικρών ποσοτήτων διαπερατών υλικών (στραγγιστήρων) που επιτρέπουν την εφαρμογή μεγαλύτερων κλίσεων.
Ετερογενή φράγματα Ο πιο συνηθισμένος τύπος χωμάτινου φράγματος Σε μια διατομή του έχει ζώνη με αδιαπέραστο υλικό (πυρήνας) Οι ανάντι και κατάντι επιφάνειες του πυρήνα προστατεύονται με ζώνες από ημιπερατά υλικα, ενώ διαπερατά υλικά αποτελούν το σώμα του φράγματος (κελύφη). Τα κελύφη ή στηρίγματα, συγκρατούν το ουσιαστικά αδιαπέρατο τμήμα του φράγματος και το προστατεύουν ανάμεσά τους.
Ετερογενή φράγματα (συνέχεια) Αν κατασκευαζόταν μόνο το αδιαπέρατο τμήμα (πυρήνας) σε μικρό πλάτος, το νερό δεν θα μπορούσε να περάσει. Λόγω όμως της πολύ μικρής γωνίας τριβής, το πλάτος θα έπρεπε να είναι τεράστιο για την ευστάθειά του. Αν κατασκευαζόταν μόνο το διαπερατό τμήμα, για να μειωθεί η διήθηση, θάπρεπε το μήκος του να είναι τεράστιο και πρακτικά ανεφάρμοστο. Γίνεται συνδυασμός των πλεονεκτημάτων των διαφόρων υλικών για την κατασκευή κατά τον τεχνικά καλύτερο και οικονομικά συμφερότερο τρόπο.
Ετερογενή φράγματα (συνέχεια) Ένα φράγμα θεωρείται ετερογενές, αν το πλάτος του πυρήνα b, σε κάποιο ύψος είναι μεγαλύτερο από το ύψος του φράγματος h, από το ύψος αυτό μέχρι τη στέψη. Το πλάτος πάντως του πυρήνα υπολογίζεται με βάση την εκμηδένιση της διήθησης. Η καθαρή άργιλος χωρίς προσμίξεις (πηλό άμμο) είναι αδιαπέρατο υλικό. Συμπυκνώνεται όμως δύσκολα. Γιαυτό χρησιμοποιείται μίγμα αργίλου (20%), πηλού (30%) και άμμου (50%). Όσο περισσότερη άμμο περιέχει ο πυρήνας τόσο μεγαλύτερη η διαπερατότητά του και φυσικά το πλάτος του. Αντίθετα, όσο πιο καθαρό σε άργιλο το υλικό, τόσο πιο στενός ο πυρήνας αλλά και πιο δύσκολη η συμπύκνωση.
Ετερογενή φράγματα (συνέχεια) Για την αποφυγή εσωτερικής διάβρωσης του πυρήνα τόσο η ανάντι όσο και κυρίως η κατάντι επιφάνειά του προστατεύεται με τη δημιουργία ζώνης φίλτρου. Το πάχος της ζώνης φίλτρων εξαρτάται από την ύπαρξη διαθέσιμου υλικού και από το κόστος διάστρωσης και συμπύκνωσης. Γι αυτό το λόγο το πάχος είναι πάντοτε μεγαλύτερο από 3m ώστε να συμπυκνώνεται με μηχανικά μέσα. Το ύψος του κατάντι φίλτρου μπορεί να γίνει σε ύψος μικρότερο από το ύψος του πυρήνα, γιατί το ύψος της γραμμής κορεσμού κατά την έξοδό της από τον πυρήνα βρίσκεται στο 1/3 του ύψους του φράγματος.
Ετερογενή φράγματα (συνέχεια) Όταν υπάρχει άφθονο διαθέσιμο υλικό κατασκευής, τότε προτιμάται το χωμάτινο φράγμα κατά ζώνες, γιατί παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα.
Απαιτούμενα στοιχεία για μελέτη φράγματος 1. Χάρτες και τοπογραφικά διαγράμματα λεκάνης απορροής ποταμού της περιοχής του ταμιευτήρα και θέσης φράγματος. 2. Υδρολογικά στοιχεία λεκάνης ποταμού, όπως πχ μετρήσεις παροχών, βροχοπτώσεων, πλημμυρικών παροχών, μεταφερόμενων φερτών, υπόγειος υδροφόρος ορίζοντας, απαιτούμενη χωρητικότητα ταμιευτήρα, διόδευση πλημμυρικής παροχής, κλ.π. 3. Κλιματολογικά στοιχεία. Θερμοκρασίες, εξάτμιση, διήθηση, ταχύτητες ανέμων, πάγος, κλ.π. 4. Γεωλογικά στοιχεία που αφορούν στη γένεση γεωλογικών σχηματισμών, ύπαρξη αλλουβιακών αποθέσεων, γεωλογικών τομών και ασυνεχειών,στοιχεία αντοχής πετρωμάτων, ύπαρξη υπόγειου νερού, κλ.π. 5. Οικολογικά και περιβαλλοντικά στοιχεία. Ενάλια ζώνη, μέτρα για την προστασία φυσικού περιβάλλοντος, ζωή άγριων ζώων, τόποι και κέντρα αναψυχής. 6. Πρόσβαση στη θέση του έργου. Ύπαρξη δρόμων, σιδηροδρομικής γραμμής, διάνοιξη νέων, προβλήματα μεταφοράς υλικών. 7. Κτηματογράφηση κτηματολόγιο για απαλλοτριώσεις ιδιοκτησιών.. 8. Έλεγχος δανειοθαλάμων από πλευράς ποσότητας και ποιότητας.
Απαιτούμενα στοιχεία για μελέτη φράγματος (συνέχεια) 1. Βασικός στόχος μιας μελέτης είναι να δημιουργηθεί μια κατασκευή που να λειτουργεί σωστά με το μικρότερο δυνατό κόστος. 2. Στη μελέτη πρέπει να δοθεί προσοχή στο σωστό προσδιορισμό των εξόδων λειτουργίας, για να μην παρατηρηθεί το φαινόμενο της μικρής αρχικής δαπάνης κατασκευής και του μεγάλου κόστους λειτουργίας. 3. Για την επίτευξη του μικρού κόστους κατασκευής η μελέτη πρέπει να προβλέπει τη μέγιστη δυνατή χρήση του έργου και τα πιο οικονομικά υλικά στα οποία περιλαμβάνονται κατά κύριο λόγο τα προϊόντα εκσκαφής και εξόρυξης
Προϋποθέσεις για σωστή κατασκευή και λειτουργία χωμάτινου φράγματος 1. Το φράγμα πρέπει να είναι ασφαλές έναντι υπερχείλισης του από μια απρόβλεπτη πλημμυρική παροχή με την κατασκευή υπερχειλιστή με κατάλληλη παροχετευτικότητα. 2. Οι κλίσεις του ανάντι και κατάντι πρανους του φράγματος πρέπει να παρουσιάζουν ευστάθεια τόσο κατά τη διάρκεια κατασκευής, όσο και σε όλη τη διάρκεια ζωής του φράγματος και ιδιαίτερα σε γρήγορες πτώσεις της στάθμης του ταμιευτήρα. 3. Η κατασκευή του φράγματος δεν πρέπει να προκαλέσει ανάπτυξη τάσεων μεγαλύτερων από τις μέγιστες επιτρεπόμενες στο έδαφος θεμελίωσης. 4. Η διήθηση μέσα και κάτω από φράγμα δεν πρέπει να προκαλεί εσωτερική διάβρωση και διασωλήνωση. Η ποσότητα του διηθούμενου νερού πρέπει να είναι ελάχιστη και αμελητέα σχετικά με τις ανάγκες λειτουργίας. 5. Η ανάντι πλευρά πρέπει να προστατεύεται με λιθορριπή στη ζώνη όπου αναπτύσσονται κύματα, για την αποφυγή διάβρωσης πρανούς. 6. Όταν το φράγμα πρόκειται να κατασκευασθεί σε σεισμογενή περιοχή, η μελέτη πρέπει να λάβει υπόψη της την πιθανότητα να συμβεί σεισμός με τη μέγιστη δυνατή γνωστή ένταση, χωρίς να προκαλέσει καταστροφή του φράγματος
Η μορφή και διαστάσεις διατομής για ένα συγκεκριμένο έργο εξαρτώνται από τη θεμελίωση και τα διαθέσιμα υλικά κατασκευής. Οι κλίσεις των πρανών είναι συνάρτηση τόσο των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν όσο και της μορφής και θέσης πυρήνα μέσα στη διατομή. Μορφή χωμάτινου φράγματος Επιλογή διατομής