سد قوسی (arch dam)
سد قوسی چیست؟
سد قوسی یک پوسته فضایی است که در پلان دارای انحنا بوده و بار را به تکیه گاه ها و فوندانسیون منتقل می نماید. معمولا قسمت اعظم بارهای ناشی از آب به صورت افقی به تکیه گاهای کناری سد منتقل می گردند که این امر ناشی از عملکرد قوس می باشد. مابقی بار بوسیله عملکرد کنسول (نظیر سدهای وزنی) به فوندانسیون کف منتقل می گردد. بنابراین رفتار این نوع سدها اندرکنشی از رفتار قوسی نوارهای افقی و رفتار طره ای نوارهای قائم می باشد. تنشهای داخلی سد قوسی به دو دسته تنشهای عمود بر مقطع قائم شعاعی سد (به عبارتی تنشهای قوسی) و تنشهای عمود بر مقطع افقی سد (تنشهای طره ای) تقسیم می گردند. با تغییر نرمی و سختی فوندانسیون و جداره میزان باربری عملکرد قوسی و کنسولی تغییر می نمایند. در نتیجه این تغییرات در سختی و نرمی جداره ها و فوندانسیون محل تشکیل تنشهای کششی و در نتیجه ترک در سدهای قوسی تغییر می نماید و با توجه به اینکه در سدها نباید هیچگونه تنشهای کششی ( که نتیجه آن ترک در سد می باشد) بوجود آید لذا دانستن عملکرد سد در برابر وضعیت مختلف تکیه گاهی بسیار مهم می باشد.
اولین سد قوسی تاریخ:
سد کبار سدی قدیمی است که در دشت کبار در نزدیکی زنبورک از توابع جنت آبادقم قرار دارد.این سد با تاریخچه‌ای هزار و ۷۰۰ ساله همچنان دشت کبار را آبیاری می‌کند و کشاورزی منطقه را رونق بخشیده است. سد کبار به عنوان قدیمی‌ترین سد قوسی دنیا که هنوز هم پا برجا می‌باشد قدمت آن به حدود ۱۳۰۰ میلادی می‌رسد و در ۲۴ کیلومتری شهرستان قم در نزدیکی نزدیکی زنبورک از توابع جنت آبادقم بر روی رودخانه کبار قرار دارد. این سد با ارتفاع ۲۶ متر وطول ۵۵ متر از سنگ لاشه سخت بنا گردیده‌است. این سد دارای یک برج آبگیر است که آب از طریق آن به قسمت زیر آب منتقل می‌شود. درکنارحفره خروجی آب سد کانالی در دامنه صخره‌ای از کوه، در سطحی بالاتر از بستر رودخانه، کنده‌اند که آب را به سطوح مرتفع‌تری منتقل می کرده است. سد در کوه پی‌سازی
شده و شالوده دیواره در شکاف به وجود آمده قرارگرفته که از آب بند ی مناسبی برخوردار است. انتخاب محل مناسب برای برپایی سد و همچنین شکل قوسی آن، نشان دهنده مهارت و دانش بالای مهندسین سازنده سد است. این مهارت سبب شده که دیواره سد در برابر فشار
آب مخزنی به طول و عرض ۵۰۰ ×۱۰۰۰ متر به خوبی مقاومت کند.
در نزدیکی این سد نزدیک به جاده قم کاشان و در نزدیکی مزارع زنبورک کاروانسرای پاسنگان وجود دارد که دارای دو آب انبار است و به نظر می رسد که آب آنها از این سد تأمین می شده است.
اولین سد قوسی بتنی:
از زمان ساخت اولین سد قوسی بتنی در جهان (سد زولا) در فرانسه در سال ۱۸۵۴ و اولین سد قوسی بتنی بلند در جهان (سد هاور( )به ارتفاع ۲۲۱ متر و طول تاج ۳۷۲ متر) در آمریکا در سال ۱۹۳۶، سدهای قوسی به لطف اضافه ظرفیت باربری منحصر به فرد و خصیصه خود تنظیمی، به وفور مورد توجه مهندسان سد در زمینه ساخت سد در سراسر جهان قرار گرفته‌اند، در حال حاضر بیش از نیمی از سدهای عظیم ساخته شده در سراسر جهان با ارتفاعی بیش از ۲۰۰ متر از نوع سدهای قوسی هستند. در نواحی غربی چین گروهی از سدهای قوسی ممتاز جهان با ارتفاعی بیش از ۳۰۰ متر در دست ساخت بوده و یا ساخته خواهند شد.
بررسی ایمنی سدهای قوسی:
سدسازی در تمام کشورهای جهان این موضوع را به اثبات رسانیده است، که هر چند سد بلندتر و مرتفع‌تر باشد، اهمیت اقتصادی و جنبه‌های امنیتی آن بیشتر خواهد بود. به طور کلی، سدهای قوسی با مخازن عظیم مانند سد قوسی مالپاست فرانسه، سد قوسی وایونت ایتالیا و غیره ثابت کرده‌اند که در صورت فروریزی وخرابی عواقب این مسئله کاملا جدی بوده و نه تنها اقتصاد ملی را متحمل زیان قابل توجهی می‌کنند، بلکه جان و مال مردم را شدیدا به خطر خواهند انداخت.
در سال ۱۹۵۹ سد قوسی مالپاست فرانسه به دلیل لغزش بدنه سد به همراه لایه عمیق سنگی شالوده، فرو ریخت که این اتفاق منجر به مرگ ۴۰۰ نفر و از دست رفتن سرمایه‌ای اقتصادی هنگفتی شد. بنابراین باید به اهمیت بالای مسائل امنیتی سدهای قوسی داده شود و بررسی‌های عمیقی باید به سمت تنش، تغییر شکل و مکانیزم تخریب در حین بهره‌برداری از این سدها سوق داده شود و همچنین ارزیابی‌هایی در ارتباط با ضریب اطمینان سدهای قوسی باید صورت پذیرد. (به این معنی که فاصله بین حالت طراحی شده و حالت تخریبی سدقوسی باید ارزیابی شود.) به طور کلی اکثر سدهای قوسی دارای شرایط ژئولوژیکی پیچیده، شرایط محیطی ناسازگار، عدم قطعیت فیزیکی (تصادفی) پارامترهای مکانیکی و غیره هستند. تمام این فاکتورها باعث عدم قطعیت درتحقیقات صورت گرفته در زمینه امنیت سدهای قوسی شده است. تمام تئوری‌ها و اهداف حال حاضر دارای هم نقطه ضعف وهم نقطه قوت بوده که باید پیشرفت‌ها و تکمیلات مربوطه به سرعت صورت پذیرد.
خصوصیاتی از قبیل ذخیره سرمایه‌گذاری، ظرفیت باربری و ایمنی بالا، باعث شده است که سدهای قوسی، مخصوصا سدهای بلند قوسی مورد توجه تمام کشورهای جهان قرار گیرند. سدهای قوسی به طور فزاینده‌ای بلندتر ساخته می‌شوند و شالوده‌ها نیز به طور فزاینده‌ای پیچیده‌تر می‌شوند. شرایط ژئولوژیکی پیچیده و متغییر، به همراه تلفات سنگین در صورت تخریب سدهای قوسی، دانشمندان را بر آن داشته تا به بررسی و حل مشکلات تکنیکی ساخت سدهای قوسی بپردازند. شکافتن و تسلیم شدن به دلیل تنش موضعی بیش از حد پاسخ طبیعی هر سد قوسی است