Τα φράγματα είναι τεχνικά έργα που κατασκευάζονται κάθετα στην κοίτη ενός φυσικού ρεύματος για να ανακόψουν τη συνέχεια της ροής με σκοπό την αποθήκευση του νερού για μελλοντική χρησιμοποίηση του.
Τα φράγματα μπορούν να ταξινομηθούν ως ακολούθως:
Ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν
Φράγματα συγκέντρωσης νερού (συγκέντρωση νερού σε επιφανειακούς ταμιευτήρες).
Φράγματα εκτροπής: Μόνιμα ή προσωρινά (εκτροπή της ροής του νερού είτε για διευθέτηση είτε για εκτέλεση εργασιών εν ξηρώ).
Φράγματα ανάσχεσης (ανάσχεση της ορμής είτε για μείωση της διάβρωσης είτε για τεχνητό εμπλουτισμό).
Φράγματα ρύθμισης (έλεγχος και πρόβλεψη πλημμυρών).
Ανάλογα με τον σκοπό εκμετάλλευσης
1. Φράγματα απλής σκοπιμότητας
Υδροηλεκτρικά
Αρδευτικά
Υδρευτικά
Αντιπλημμυρικά
Ανασχετικά
2. Διπλής σκοπιμότητας
Συνδυασμός των προηγούμενων ανά δύο
3. Πολλαπλής σκοπιμότητας
Συνδυασμός των προηγούμενων ανά τρία ή περισσότερα
Ανάλογα με το ύψος
Χαμηλά με ύψος 6-30 m
Ψηλά με ύψος > 30 m
Τα φράγματα είναι από τα πρώτα τεχνολογικά επιτεύγματα του ανθρώπου, αφού οι πρώτες κατασκευές ανάγονται στα προϊστορικά χρόνια. Από τα παλιότερα φράγματα αναφέρονται, το φράγμα στον ποταμό Ιορδάνη και το φράγμα στον ποταμό Τίγρη. Στα 4.000 π.Χ κατασκευάστηκε στην Αίγυπτο φράγμα στον ποταμό Νείλο που διατηρήθηκε 4.500 χρόνια περίπου. Στα νεώτερα χρόνια σπουδαίο θεωρήθηκε το φράγμα PUENTES στην Ισπανία, που έγινε στα 1755 και καταστράφηκε το 1891.
Τα φράγματα είναι έργα δαπανηρά, παρουσιάζουν όμως μακροπρόθεσμα μεγάλα οικονομικά οφέλη και για τον λόγο αυτό επιδιώκεται η κατασκευή τους.
Η κατασκευή ενός φράγματος, ανάλογα με τον σκοπό που πρόκειται να εξυπηρετήσει, μελετάται και βρίσκεται τόσο ο καλύτερος τύπος φράγματος όσο και οι απαιτούμενες διαστάσεις του. Τα φράγματα είναι έργα ιδιόμορφα, γιατί είναι δυνατόν να τυποποιηθούν και να εφαρμόζονται επανειλημμένα. Κάθε φράγμα έχει τη δική του λειτουργία, τους δικούς του φυσικούς παράγοντες και το δικό του φυσικό περιβάλλον, που παίζει σπουδαίο ρόλο για την θεμελίωση του.
Απαραίτητα στοιχεία για τον σχεδιασμό και τη διαστασιολόγηση των έργων ενός ταμιευτήρα είναι:
Η μορφολογία της περιοχής.
Τα υδρολογικά στοιχεία: η έκταση της λεκάνης απορροής, η μέση ετήσια απορροή, οι πλημμυρικές παροχές.
Η γεωλογία της περιοχής: στρωματογραφία, τεκτονική, συνθήκες στεγανότητας, υπόγεια ύδατα.
Οι γεωχημικές παράμετροι.
Οι συνθήκες υπεδάφους και τα δίκτυα ροής, κάτω από το φράγμα αλλά και μέσα από αυτό, είναι οι παράμετροι που θα καθορίσουν τον τρόπο θεμελίωσης, τον τρόπο αναχαίτισης των υπόγειων διαφυγών, καθώς και την διάταξη, για την αποτροπή φαινομένων υδραυλικής θραύσης, των φίλτρων στο κατάντες σώμα στήριξης. Χαμηλή σεισμικότητα και υψηλή αντοχή των υλικών κατασκευής επιτρέπουν μεγαλύτερες κλίσεις των πρανών. Η μικρή διαπερατότητα απαιτεί μικρότερο πάχος πυρήνα. Ένα σωστά σχεδιασμένο φράγμα θα πρέπει να αντανακλά τις τοπικές συνθήκες.
Έλεγχοι ευστάθειας
Αίτια που μπορούν να οδηγήσουν σ' ένα αναποτελεσματικό φράγμα είναι
Ανεπαρκής μελέτη των γεωλογικών συνθηκών της περιοχής του φράγματος.
Ανεπιτυχής θεμελίωση, ολίσθηση του φράγματος.
Αστοχία πρανούς.
Υπερχείλιση του νερού πάνω από την στέψη του φράγματος.
Είδη φραγμάτων
Τα φράγματα από κατασκευαστική πλευρά κατατάσσονται σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα
Φράγματα βαρύτητας σκυροδέματος
Στα φράγματα βαρύτητας σκυροδέματος το ίδιο το βάρος του φράγματος εξασφαλίζει την παραλαβή των δυνάμεων ολίσθησης και ανατροπής που εξασκεί σ' αυτά το νερό. Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται είναι κυρίως οι υδροστατικές, στην ανάντη και ενδεχόμενα στην κατάντη πλευρά, η δύναμη της άνωσης, το ίδιο βάρος του φράγματος και η δύναμη της τριβής με το έδαφος. Η χάραξη του φράγματος σε οριζοντιογραφία μπορεί να είναι ευθεία γραμμή ή καμπύλη, ανάλογα με την τοπογραφική διαμόρφωση της περιοχής και τις λειτουργικές ανάγκες
Τοξωτά φράγματα
Τα τοξωτά φράγματα κατασκευάζονται συνήθως σε χαράδρες στενού πλάτους των οποίων τα πλευρικά τοιχώματα αποτελούνται από στιβαρό βράχο έτσι ώστε να μεταφέρονται με ασφάλεια σε αυτά οι οριζόντιες δυνάμεις που ασκούνται από το νερό στο φράγμα. Τα φράγματα αυτά έχουν σε κάτοψη τοξοειδή μορφή και εργάζονται σαν αμφίπακτα τόξα.
Αντηριδωτά φράγματα
Τα αντηριδωτά φράγματα είναι ουσιαστικά κούφια φράγματα βαρύτητας που αποτελούνται από πλάκες (επίπεδες ή τοξωτές) από σκυρόδεμα, κεκλιμένες ως την οριζόντιο, οι οποίες στηρίζονται στα δύο άκρα τους σε κατακόρυφες αντηρίδες, τοποθετημένες ανά 15 έως 35 m, και οι οποίες μεταφέρουν με την σειρά τους τις δυνάμεις στο έδαφος. Βασικό πλεονέκτημα τους, ότι απαιτούν περίπου 40% λιγότερο σκυρόδεμα από ένα αντίστοιχο συμπαγές φράγμα σκυροδέματος. Το μειονέκτημα είναι ότι απαιτούν σημαντικά υψηλότερο κόστος εργασίας.
Χωμάτινα φράγματα βαρύτητας
Σαν χωμάτινα χαρακτηρίζονται τα φράγματα που κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά. Η μορφή των φραγμάτων αυτών έχει τραπεζοειδή διατομή και στέψη διαμορφωμένη σε δρόμο. Στο κέντρο της διατομής του φράγματος και κατά μήκος του άξονα κατασκευάζεται ένα στρώμα αδιαπέρατο, αποτελούμενο από συμπυκνωμένη καλής ποιότητας άργιλο, που αποτελεί τον λεγόμενο πυρήνα της διατομής.
Από τον πυρήνα και μέχρι ορισμένο βάθος κατασκευάζεται διάφραγμα για την ανακοπή της υπόγειας ροής του νερού. Γύρω από τον πυρήνα τοποθετούνται υλικά όχι απαραίτητα αδιαπέρατα, που διαμορφώνουν το σώμα του φράγματος.
Τα χωμάτινα φράγματα προτιμούνται από τα φράγματα από σκυρόδεμα γιατί δεν απαιτούν άριστη ποιότητα του εδάφους. Τα χωμάτινα φράγματα αποτελούνται από ένα τραπεζοειδή όγκο εδάφους που το βάρος του ισορροπεί την υδροστατική πίεση της λίμνης. Έχουμε έτσι στατική λειτουργία παρόμοια με τα φράγματα βαρύτητας.
Λιθόρριπτα φράγματα
Ένα λιθόρριπτο φράγμα κατασκευάζεται ως ένα ανάχωμα με λίθους διαφόρων μεγεθών που εξασφαλίζουν την σταθερότητα της ανάντη αδιαπέρατης ζώνης.
Στην ίδια κατηγορία κατατάσσονται και τα φράγματα με κεντρικό χωμάτινο αδιαπέρατο πυρήνα με την κύρια διαφορά ότι η κύρια μάζα της επιχωμάτωσης αποτελείται από λίθους.
Οι λίθοι που απαρτίζουν το σώμα στήριξης του φράγματος πρέπει να έχουν γωνίες (ακανόνιστο σχήμα), δηλ. να προέρχονται από λατομείο. Στην ιδανική περίπτωση οι λίθοι πρέπει να είναι ομοιόμορφου μεγέθους και να μη περιέχονται χαλίκια ή λεπτότεροι κόκκοι γιατί τα υλικά αυτά θα υποχωρήσουν μεταξύ των λίθων μεγαλύτερου μεγέθους με αποτέλεσμα την αστάθεια όλης της κατασκευής. Συνήθως η λιθορριπή τοποθετείται κατά στρώσεις, κάθε μία πάχους της τάξεως του 1m, και κάθε μία συμπιέζεται με δονητή.
