سد ترابي

السد الترابي هو سد اصطناعي ضخم . يُنشأ عادةً بوضع وضغط كومة معقدة شبه لدنة من تركيبات مختلفة من التربة أو الصخور. يتميز بغطاء طبيعي مقاوم للماء على سطحه، وقد يحتوي على لب كثيف مانع لتسرب الماء لمقاومة التآكل السطحي أو التسرب . ^{[ 1 ]} يتكون هذا السد من جزيئات مادية مستقلة مجزأة. يعمل الاحتكاك والتفاعل بين الجزيئات على ربطها معًا لتكوين كتلة مستقرة، بدلاً من استخدام مادة لاصقة. ^{[ 2 ]}

تأتي السدود الترابية بنوعين: السد الترابي (ويُسمى أيضًا السد الأرضي أو سد التضاريس ) المصنوع من التربة المدكوكة، والسد الصخري . يُظهر المقطع العرضي للسد الترابي شكلًا يشبه الضفة أو التل. تحتوي معظمها على قسم مركزي أو لب مصنوع من مادة غير منفذة لمنع تسرب المياه عبر السد. يمكن أن يكون اللب من الطين أو الخرسانة أو الخرسانة الإسفلتية . يُعد هذا النوع من السدود خيارًا مناسبًا للمواقع ذات الوديان الواسعة، ويمكن بناؤه على الصخور الصلبة أو التربة الرخوة. أما بالنسبة للسد الصخري، فيتم تفجير الصخور باستخدام المتفجرات لتكسيرها. بالإضافة إلى ذلك، قد يلزم تكسير قطع الصخور إلى أحجام أصغر للحصول على الحجم المناسب لاستخدامها في السد الترابي. ^{[ 3 ]}

سدود ردمية صخرية

السدود الركامية هي سدود ترابية مبنية من تربة حبيبية مضغوطة جيدة التصريف، مع منطقة عازلة. غالبًا ما تحتوي التربة المستخدمة على نسبة عالية من الجزيئات الكبيرة، ومن هنا جاء مصطلح "الركام الصخري". قد تكون المنطقة العازلة على الواجهة الأمامية للسدّ، ومصنوعة من البناء الحجري ، أو الخرسانة ، أو الأغشية البلاستيكية، أو صفائح الصلب، أو الأخشاب، أو غيرها من المواد. كما قد تكون هذه المنطقة داخل السدّ، وفي هذه الحالة تُسمى "اللب". في حال استخدام الطين كمادة عازلة، يُطلق على السدّ اسم "السدّ المركب". ولمنع تآكل الطين داخل الركام الصخري بفعل قوى التسرب، يُفصل اللب باستخدام مرشح. المرشحات عبارة عن تربة مُصنّفة خصيصًا لمنع انتقال جزيئات التربة الدقيقة. عند توفر مواد البناء المناسبة، يتم تقليل النقل إلى الحد الأدنى، مما يؤدي إلى توفير في التكاليف أثناء البناء. تتميز السدود الركامية بمقاومتها لأضرار الزلازل . مع ذلك، قد يؤدي ضعف مراقبة الجودة أثناء الإنشاء إلى ضعف في دكّ التربة وتراكم الرمال في السد، مما قد يتسبب في تسييل التربة الصخرية أثناء الزلازل. ويمكن الحد من احتمالية التسييل بمنع تشبّع المواد المعرضة للتسييل بالماء، وتوفير دكّ كافٍ أثناء الإنشاء. ومن الأمثلة على السدود الصخرية سد نيو ميلونز في كاليفورنيا وسد فيرزا في ألبانيا .

يُعدّ الخرسانة الإسفلتية أحد أنواع السدود التي تزداد شعبيتها . تُبنى غالبية هذه السدود باستخدام الصخور و/أو الحصى كحشو أساسي. وقد بُني ما يقارب 100 سد من هذا التصميم حول العالم منذ اكتمال أول سد من هذا النوع عام 1962. تتميز جميع السدود ذات النواة الخرسانية الإسفلتية التي بُنيت حتى الآن بأداء ممتاز. نوع الإسفلت المستخدم هو مادة لزجة مرنة - لدنة ، قادرة على التكيف مع الحركات والتشوهات التي يتعرض لها السد ككل، ومع هبوط الأساس. تجعل خصائص مرونة الإسفلت هذه السدود مناسبة بشكل خاص للمناطق المعرضة للزلازل . ^{[ 4 ]}

قامت شركة الطاقة النرويجية "ستاتكرافت" ببناء سدٍّ ركاميٍّ ذي قلب إسفلتيٍّ لمحطة موغليتشي الكهرومائية في ألبانيا. ومن المتوقع أن يصبح هذا السدّ، الذي يبلغ طوله 320 مترًا وارتفاعه 150 مترًا وعرضه 460 مترًا، أعلى سدّ من نوعه في العالم عند اكتماله عام 2018. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

سدود ردم صخرية ذات واجهة خرسانية

السد الصخري ذو الواجهة الخرسانية (CFRD) هو سد صخري ذو ألواح خرسانية على واجهته العلوية. يوفر هذا التصميم اللوح الخرساني كجدار مانع للتسرب، بالإضافة إلى كونه هيكلاً لا يتأثر بضغط الرفع. علاوة على ذلك، يتميز تصميم CFRD بمرونته في التكيف مع التضاريس، وسرعة بنائه، وانخفاض تكلفته مقارنةً بالسدود الترابية. نشأ مفهوم CFRD خلال حمى الذهب في كاليفورنيا في ستينيات القرن التاسع عشر، عندما بنى عمال المناجم سدودًا صخرية ذات واجهة خشبية لعمليات الغسل . استُبدل الخشب لاحقًا بالخرسانة مع تطبيق التصميم في مشاريع الري وتوليد الطاقة. ومع ازدياد ارتفاع تصاميم CFRD خلال ستينيات القرن العشرين، تم دكّ التربة واستُبدلت الفواصل الأفقية والرأسية للألواح بفواصل رأسية محسّنة. في العقود القليلة الماضية، أصبح هذا التصميم شائعًا. ^{[ 8 ]}

أطول سد خرساني مدعم بالألياف في العالم هو سد شويبويا في الصين الذي يبلغ ارتفاعه 233 مترًا (764 قدمًا) ، والذي تم الانتهاء منه في عام 2008. ^{[ 9 ]}  

يُضيف بناء السد وملء الخزان خلفه ثقلاً جديداً على قاع وجوانب الوادي. ويزداد إجهاد الماء خطياً مع عمقه. كما يضغط الماء على الواجهة الأمامية للسد، وهي بنية غير صلبة تتصرف تحت الضغط بشكل شبه لدن، مما يستدعي تعديلاً (مرونة) أكبر بالقرب من قاعدة السد مقارنةً بمستويات المياه الضحلة. لذا، يجب حساب مستوى إجهاد السد قبل بنائه لضمان عدم تجاوز عتبة مستوى الانهيار. ^{[ 10 ]}

سيؤدي تجاوز منسوب المياه في سد ترابي لسعة مفيضه إلى انهياره في نهاية المطاف . ويتسبب جريان المياه المتدفقة في تآكل مواد السد، مما يؤدي إلى إزالة كتل هائلة من التربة التي تُثبّت السد في مكانه وتقاوم القوى الهيدروليكية التي تعمل على تحريكه. حتى تدفق متدفق صغير ومستمر يمكن أن يُزيل آلاف الأطنان من التربة السطحية من كتلة السد في غضون ساعات. ويؤدي إزالة هذه الكتلة إلى اختلال توازن القوى التي تُثبّت السد على خزانه، حيث تضغط كتلة المياه المحتجزة خلف السد على كتلة السد الترابي المخففة بفعل التعرية السطحية. ومع تآكل كتلة السد، تبدأ قوة الخزان في تحريك الهيكل بأكمله. ونظرًا لضعف مرونة السد الترابي، فإنه سيبدأ في التفتت إلى أجزاء منفصلة، ​​مما يسمح لمياه الخزان المحتجزة بالتدفق بينها، مُسببةً المزيد من التآكل وإزالة المزيد من المواد أثناء مرورها. في المراحل النهائية للانهيار، لن تقدم الأجزاء المتبقية من السد أي مقاومة تقريبًا لتدفق المياه وستستمر في التصدع إلى أجزاء أصغر فأصغر من الأرض أو الصخور حتى تتفكك إلى معلق كثيف من الأرض والصخور والماء.

لذا، فإن متطلبات السلامة للمفيض عالية، وتتطلب أن يكون قادرًا على احتواء أقصى مستوى للفيضان. ومن الشائع أن تُصاغ مواصفاته بحيث يمكنه احتواء فيضان يُتوقع حدوثه مرة كل مئة عام على الأقل. ^{[ 11 ]} وقد طُوِّر عدد من أنظمة الحماية من فيضان السدود الترابية في أوائل القرن الحادي والعشرين. ^{[ 12 ]} وتشمل هذه التقنيات أنظمة الحماية الخرسانية من الفيضان، والهياكل الخشبية ، والألواح المعدنية ، والحواجز الصخرية ، والجابيونات ، والتربة المسلحة ، والسدود ذات الحد الأدنى من فقد الطاقة ، والمفيضات المتدرجة للسدود الترابية ، وأنظمة الحماية بالكتل الخرسانية مسبقة الصب.

جميع السدود عرضة للتسرب من أسفلها، لكن السدود الترابية معرضة للتسرب من خلالها أيضًا؛ فعلى سبيل المثال، يتسرب من سد أوسوي الناتج عن الانهيار الأرضي ما بين 35 و80 مترًا مكعبًا في الثانية. ويمكن أن يؤدي التسرب السريع إلى إزاحة جزيئات السد، مما ينتج عنه تسرب أسرع، يتحول إلى حلقة مفرغة قد تؤدي إلى انهيار السد بشكل مفاجئ. لذا، يُعد رصد التسرب إجراءً أساسيًا لضمان السلامة. ^{[ 13 ]}

• بنية الأرض
• سد الجاذبية
• قائمة بأكبر السدود في العالم
• خط الفرياتيك
• سد تيتون - سد ترابي تعرض لانهيار كارثي في ​​عام 1976

• البناء والإنشاءات في مكتب الاستصلاح الأمريكي