סכר קשת

סכר קשת או גם סכר קמרון הוא סכר מעוגל הבנוי בדרך כלל מבטון. סכר קשת הוא מבנה המתוכנן כך שהקשת פונה במעלה הזרם (הפן המעלי) כך שלחץ המים כנגד הסכר, הלחץ ההידרוסטטי, דוחס ומחזק את המבנה כשהוא נלחץ אל יסודותיו ואל משענותיו.^[1] המקום המתאים ביותר לסכר קשת הוא קניון עמוק שקירותיו תלולים ובנויים מסלע יציב שיתמוך במבנה ובלחצים.^[2] מכיוון שסכרים אלו דקים יותר מכל סוג אחר של סכר, נדרשים פחות חומרי בנייה להקמתם, ומוזיל את עלותם. הוזלה זו משמעותית במיוחד באזורים מרוחקים, אשר הובלת חומרי בנייה אליהם כרוכה בעלויות רבות. הראשונים שפיתחו סכרי קשת היו הרומאים, במאה הראשונה לפני הספירה. במאה ה-20, לאחר שפותחו כמה סכרים כאלו והשתפרו טכניקות הבנייה, נוצרה אחידות באופן בנייתם.

היסטוריה

סכר ערוץ סלמון (אנ') באלסקה

הסכר הידוע הראשון היה סכר גלנום המוכר גם כסכר ואלון דה בום (Vallon de Baume) שנבנה על ידי הרומאים בצרפת ומתוארך למאה הראשונה לפני הספירה.^[3]^[4]^[5] אורך הסכר היה 18 מטרים וגובהו 12 מטרים. רדיוס הסכר כ-14 מטרים והוא נבנה משתי חומות שאת הרווח ביניהן מלאו בעפר. הרומאים בנו את הסכר על מנת לספק מים לעיר הסמוכה גלנום (כקילומטר דרומית לעיירה סן-רמי-דה-פרובנס של ימינו).

סכר מונטה נובו (Monte Novo) בפורטוגל הוא דוגמה נוספת לסכר קשת קדום שנבנה על ידי הרומאים ב-300 לספירה. גובהו 5.7 מטרים, אורכו 52 מטרים ורדיוס הקשת הוא 19 מטרים. הקצוות המעוגלים של הסכר התחברו לקירות תמך שלהם נוספו אחר כך שתי תומכות. הסכר כלל שני מעברי מים שנועדו להפעיל תחנות במורד הזרם.^[6]

על פי תיאורו של ההיסטוריון פרוקופיוס, היה סכר דארה, כיום בדרום מזרח טורקיה, סכר קשת שנבנה על ידי הביזנטים סביב שנת 560 לספירה. פרוקפיוס כתב על הסכר: ”מחסום זה לא נבנה בקו ישר, אלא היה מעוגל בצורת סהר, כך שהחלק המעוגל, שפנה מול זרם הנהר, יכול היה להפגין התנגדות גדולה יותר לעוצמת הזרם”. עם זאת, בסוף שנות ה-80 מצא הארכאולוג הגרמני גינתר גרברכט (Günther Garbrecht) במקום שרידי סכר שממדיו תאמו לתיאוריו של פרוקופיוס למעט דבר אחד, הסכר היה ישר, מה שמעיד שהיה ככל הנראה סכר כבידה ולא סכר קשת.

גם המונגולים בנו סכרי קשת, באזור איראן של ימינו. סכר הקשת המונגולי הקדום ביותר הוא סכר חבור שנבנה על נהר החבור, יובל של הפרת, סביב שנת 1300 לספירה. אורכו היה 55 מטרים, גובהו 26 מטרים ורדיוס הקשת 35 מטרים. סכר קשת נוסף שנבנה על ידי המונגולים ב-1350 הוא סכר קוריט במחוז דרום ח'וראסאן. לאחר שהסכר הוגבה ב-4 מטרים ב-1850 הגיע גובהו ל-64 מטרים והוא היה הסכר הגבוה ביותר בעולם עד תחילת המאה ה-20. סכר קוריט נבנה משברי סלעים בתוך קניון צר מאוד. הקניון היה כה צר שאורך קודקודו היה רק 44% מגובהו. הסכר עדיין קיים, אם כי חלק ממנו, הפונה אל מורד הזרם, התמוטט.^[7]

סכר אלש באלש שבספרד הוא דוגמה לסכר קשת מהתקופה שלאחר ימי הביניים. הסכר נבנה בשנת 1630 על ידי יואנס דל טמפלה (Joanes del Temple), והיה הסכר הראשון באירופה מאז תקופת האימפריה הרומית. גובה הסכר היה 26 מטרים, אורכו 75 מטרים ורדיוס הקשת 62 מטרים. גם סכר קשת זה נשען על קירות תמך ששימשו כמשענות.^[7]

סכר ערוץ סלמון (Salmon Creek Dam) הוא סכר הקשת בעל רדיוס משתנה הראשון בעולם. הוא נבנה בתחילת המאה ה-20 בסמוך לג'ונו באלסקה. סכר ערוץ סלמון נבנה כך שבמרכז פני הסכר שבמעלה הזרם (הפן המעלי) הייתה התעבות שהקלה את הלחץ על הקשתות שבסמוך למשענות. החלק התחתון של הסכר במורד הזרם (באנגלית toe) היה ארוך יותר והקל בכך על הלחץ על החלק התחתון של הסכר במעלה הזרם (באנגלית heel). תכנון מדויק זה חייב בנייה בבטון במקום בלבנים כמקובל עד אז. הטכנולוגיה והיתרונות הכלכליים של סכר ערוץ סלמון אפשרו לתכנן סכרים ארוכים יותר וגבוהים יותר. טכנולוגיית הבנייה של סכר זה הייתה מהפכנית בתקופתה, והיא אומצה על ידי בוני סכרים רבים מסביב לעולם, בייחוד על ידי לשכת הטיוב של ארצות הברית.^[7]

סכר אינגורי בגאורגיה

מתכנני סכרי קשת המשיכו לבדוק את הגבולות האפשריים ולנסות תכנונים חדשים, כדוגמת סכר בן שתי קשתות או סכר מרובה קשתות. בשנות ה-60 של המאה ה-20 פיתחו המהנדס השווייצרי אלפרד סטוקי (Alfred Stucky) ולשכת הטיוב של ארצות הברית, שיטת בנייה חדשה לסכרי קשת של חלוקת עומס יעילה יותר. בשיטה זו נבנו כל הסכרים בגל האחרון של בניית סכרי קשת בארצות הברית, דוגמת סכר נקודת מורו (Morrow Point Dam), סכר בעל קשת כפולה באורך 143 מטרים, הסוכר את נהר הגניסון, אשר נבנה כחלק ממיזם אגירת מי נהר הקולורדו.^[7] לקראת סוף המאה ה-20 הגיע תכנון סכרי הקשת ברחבי העולם, במידה רבה, לידי אחידות. נכון ל-2013, סכר הקשת הגבוה ביותר הוא סכר שְׂיָאווָאן, סכר הבנוי משתי קשתות על נהר המקונג ביונאן שבסין שהושלם ב-2010 וגובהו 292 מטרים.^[8] הסכר הארוך ביותר מרובה הקשתות ובעל תמוכות הוא סכר דניאל-ג'ונסון (Daniel-Johnson Dam) בקוויבק שבקנדה. גובהו 214 מטרים ואורכו 1,314 מטרים. הסכר הושלם ב-1968 והופעל ב-1970.^[9] ב-2014 השלימה סין את סכר ג'ינפינג 1 בסצ'ואן, סכר הקשת הגבוה בעולם (305 מטרים).^[10]

תכנון

על מנת לתכנן סכר קשת חובה להקדים ולנתח את רמות הלחץ ועוצמת המים. הכוח העיקרי הפועל על סכר קשת הוא הלחץ ההידרוסטטי של המאגר שמאחורי הסכר, בנוסף יש להתחשב בכוח עילוי – לחץ המים מתחת לסכר, משקל הסכר, ושילוב של כל הכוחות. כוחות נוספים המשפיעים על הסכר כוללים, שימוש משני בסכר (למשל כגשר עבור מכונית), טמפרטורה, תגובות כימיות, שקיעה של הסכר, הצטברות סחף מאחורי הסכר ורעידות אדמה.^[11]

סכר פלסטיראס ביוון

סכר קשת בנוי בדרך כלל מבטון מזוין או בטון דרוך כשהוא סוכר עמק בצורת האות הלטינית V. בסיס הסכר והמשענות של סכר קשת חייבים להיות יציבים מאוד יחסית לבטון.

קיימים שני דגמים בסיסיים לסכר קשת:

סכר בעל רדיוס קבוע – סכר שבו רדיוס הקשת הוא קבוע
סכר בעל רדיוס משתנה – סכרים שבהם רדיוס העקומה של הסכר, הן של פן המעלי (מעלה הזרם) והן של פן המורדי (מורד הזרם) הולך ופוחת במורד הסכר. לסכרים מסוג זה יש כמה דגמים, בהם:
- סכר כיפה - סכר של "עקומה כפולה" הן במישור האופקי והן במישור האנכי.
- סכר קשתות מרובות - סכרי קשת הבנויים מיותר מקשת רציפה אחת. דוגמה לסכר כזה מהעת העתיקה היא סכר אספראגלחו, שנבנה על ידי הרומאים במאה הראשונה לספירה, כיום במחוז בדחוס באקסטרמדורה שבספרד. דוגמאות מודרנית לסכר מטיפוס זה הן סכר דניאל-ג'ונסון (1968) שבקנדה וסכר איטייפו (1982), המשותף לברזיל ופרגוואי. סכרים מדגם זה איבדו מהפופולריות שלהם מאז התמוטטות סכר גלנו (Diga del Gleno) שבואל קמוניקה שבאיטליה, בשנת 1923, שבשיטפון שנגרם בעטייו נספו 350 איש.^[12]

את הבטון נהוג לחזק באמצעות מוטות פלדה (בטון מזוין) או בכבלי מתיחה מפלדה, הלוחצים את הבטון באופן אקטיבי יותר (בטון דרוך). להקמת סכר קשת נדרשת כמות קטנה יותר של בטון מאשר להקמת סכר כבידה או סכר קשת-כבידה. מכיוון שסכרי קשת נבנים בדרך כלל באזורים הרריים ומרוחקים, יש לחסכון בכמות החומרים יתרון רב, היות שההובלה לאזורים אלו היא קשה ויקרה.^[13]

בדרך כלל מסווגים סכרי קשת על פי היחס בין עובי בסיסם לבין גובהם כדלהלן:^[14]

סכר קשת דק – אם היחס בין העובי בבסיס לגובה קטן מ-0.2
סכר קשת בינוני - אם היחס בין העובי בבסיס לגובה גדול שווה ל-0.2 וקטן שווה ל-0.3
סכר קשת עבה - אם היחס בין העובי בבסיס לגובה גדול מ-0.3 וקטן שווה ל-0.5
סכר קשת-כבידה - אם היחס בין העובי בבסיס לגובה גדול מ-0.5

בתקופות קדומות היה עובי הסכר בבסיס שווה לעובי הסכר בקודקודו, אבל כיום בדרך כלל היחס הוא חצי, כלומר עובי הבסיס הוא כפול מעובי קודקוד הסכר.^[15]

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא סכר קשת בוויקישיתוף

הערות שוליים

^ באנגלית Abutment החלק בקיר הקניון אליו מחוברים קצות הסכר
^ Arch Dam Forces
^ Travel South of France: Provence, French Riviera and Languedoc-Roussillon - Illustrated Guide, Phrasebook & Maps.
^ Key Developments in the History of Arch Dams
^ Historical Development of Arch Dams. From Cut-Stone Arches to Modern Concrete Designs
^ Hubert Chaason, Extreme Reservoir Sedimentation In Australia: A Review
^ ¹ ² ³ ⁴ Key Developments in the History of Arch Dams
^ Is Xiaowan (China) the highest arch dam in the world?
^ Manic 5 : colossal témoin du génie québécois en hydroélectricité
^ Jinping Dam Specs
^ What are the forces on an arch dam?
^ Max A. M. Herzog, Practical Dam Analysis, page 115
^ Introduction to Arch Dams
^ Arch Dams Design Concepts and Criteria
^ What are the parts of the Arch dam?

[1] באנגלית Abutment החלק בקיר הקניון אליו מחוברים קצות הסכר

[2] Arch Dam Forces

[3] Travel South of France: Provence, French Riviera and Languedoc-Roussillon - Illustrated Guide, Phrasebook & Maps.

[4] Key Developments in the History of Arch Dams

[5] Historical Development of Arch Dams. From Cut-Stone Arches to Modern Concrete Designs

[6] Hubert Chaason, Extreme Reservoir Sedimentation In Australia: A Review

[simsci-7] ¹ ² ³ ⁴ Key Developments in the History of Arch Dams

[8] Is Xiaowan (China) the highest arch dam in the world?

[9] Manic 5 : colossal témoin du génie québécois en hydroélectricité

[10] Jinping Dam Specs

[11] What are the forces on an arch dam?

[12] Max A. M. Herzog, Practical Dam Analysis, page 115

[13] Introduction to Arch Dams

[14] Arch Dams Design Concepts and Criteria

[15] What are the parts of the Arch dam?

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]