#historia #architektura #gruparatowaniapoziomu (chyba) #technologia ... (@neo_1995)

#historia #architektura #gruparatowaniapoziomu (chyba) #technologia

Chciałem wam dziś zaprezentować mój krótki tekst o jednej z najbardziej charakterystycznych zapór wodnych na świecie. Uważam temat za niezwykle ciekawy z uwagi na wykorzystane technologie i pomysły. Na uwagę zasługuje też fakt, że budowa zastała ukończona prawie 2 lata przed planowanym terminem (który wynosił 7 lat)...

W komentarzach wrzucę kilka zdjęć odnośnie do tekstu (z opisem)

Zapora Hoovera
Garść szybkich faktów:
Oryginalnie zwana „Boulder Dam”, to zapora typu łukowo-grawitacyjnego. Łukowo, bo przez kształt łuku przenosi ciśnienie napierającej wody na ściany kanionu; grawitacyjnego, bo czynnikiem opierającym się napierającej wodzie jest też jej ogromna masa. Położona jest w czarnym kanionie, na granicy stanów Nevada i Arizona i jest historycznie pierwszą (z małym wyjątkiem) próbą uregulowania biegu ogromnej rzeki kolorado. Tama ma wysokość 224m co w dniu zakończenia budowy czyniło ją absolutnym rekordzistą w swojej dziedzinie. Jednak to nie sam rekord sprawił, że stała się jedną z większych atrakcji turystycznych w USA, jeszcze w trakcie budowy.

Historia: pierwsze wzmianki na temat pomysłów uregulowania Kolorado.

Rzeka Kolorado historycznie znana była ze swojej nieprzewidywalności. Duże wahania przepływu w ciągu roku sprawiały trudności w eksploatacji ziemi w jej bezpośrednim sąsiedztwie, z drugiej strony rozwijające się w końcu XIXw. na południu USA rolnictwo było mocno ograniczone z uwagi na pustynny klimat. Pomimo kapryśnych zachowań rzeki, farmerzy zmuszeni byli korzystać z jej zasobów, czego przykładem był kanał Alamo, stworzony u schyłku XIXw. blisko granicy z Meksykiem. Kierował on wodę z rzeki na tereny uprawne, gdzie woda dystrybuowana była przez złożony system płytkich kanałów. Nie było to rozwiązanie idealne – utrzymanie kanałów było trudne, z uwagi na osady niesione przez prądy oraz przez suche, podatne na erozję gleby. Po katastrofalnych wydarzeniach z lat 1904-1906, gdzie przez wysoki stan wód wystąpiły lokalne podtopienia i zalanie słonego, suchego zbiornika Salton Sea uniemożliwiając kontynuowania wydobycia soli.

Z uwagi na postępujący wzrost popularności elektryczności, Kolorado zaczęła być postrzegana jako potencjalne źródło energii – już w 1902 Edison Electric Company of Los Angeles rozważała możliwość budowy na rzece 12 metrowej tamy, która mogła by umożliwić generowanie 7,5 tys. kW mocy. Jednak z uwagi na obowiązujący limit odległości transmisji energii (130km) i idącą za tym niewielką w tym czasie liczbę odbiorców zaniechano tych planów. W ciągu kilku następnych lat tematem zainteresowało się US Bureau of Reclamation (biuro do spraw rzek i melioracji). Pojawiła się propozycja zawalenia ścian kanionu Boulder przy pomocy dynamitu. Prądy rzeki w końcu naniosłyby wystarczająco drobnego materiału skalnego i osadów by spiętrzyć wodę. Po kilku latach dyskusji, pomysł został odrzucony w 1922r., jako niepewny i nie przedstawiający znaczących oszczędności.

Wraz z rozwojem zarówno elektryczności jak i regionu wokół Kolorado, na początku lat 20 konieczność kontrolowania powodzi i produkcji energii elektrycznej stała się oczywista. Zlecony przez Falla a stworzony przez Davisa raport, znany później pod nazwą Fall-Davis report, mówił o zaporze „w lub w okolicy kanionu Boulder”. Pierwsze potencjalne miejsce budowy w tym kanionie zostało odrzucone ze względów geologicznych, kolejne dwa okazały się zbyt wąskie, by możliwe było stworzenie obozu budowlanego na dnie kanionu czy konstrukcję „przelewów” (eng. „spillway”, z braku lepszej polskiej nazwy, autor będzie posługiwał się tym łamanym tłumaczeniem). Po krótkich poszukiwaniach wzięto pod uwagę czarny kanion i szybko uznano miejsce za idealne do konstrukcji zapory. Pomimo zmiany lokalizacji, projekt nadal nazywał się „Boulder Canyon Project”.

Początkowe problemy z kwestiami polityczno-gospodarczymi, dotyczącymi sensu, potrzeby i kosztów przedsięwzięcia zostały w 1927 rozwiązane przez powodzie w zlewisku Missisipi – dały one naoczny przykład, do czego zdolna jest tak potężna rzeka. Z uwagi na wydarzenia z 1928 kosztujące życie ponad 600 osób, po tym jak zapora typu łukowo-grawitacyjnego (podobna do proponowanej wówczas koncepcji zapory na rzece Kolorado) poddała się naporowi wody, postanowiono o zastosowaniu tak wyśrubowanych wymogów technicznych, jak tylko było to możliwe.
Decyzja o budowie zapory została zatwierdzona 21 grudnia 1928r. Dyskusje co do konstrukcji, typu zapory i kwestii technicznych trwały już wtedy od kilku lat. Finalnie zdecydowano się na konstrukcję łukowo-grawitacyjną. Hipotetyczna wtedy tama miałaby być gruba u podstawy i zupełnie cienka u góry, opierając się o twarde, granitowe skały kanionu. W projekcie pojawił się też pomysł poprowadzenia drogi przez górną krawędź zapory.

10 stycznia 1931 upubliczniono kompletny projekt. Z założenia rząd miał zapewnić wszystkie niezbędne materiały prywatnemu wykonawcy. Projekt został opisany w najmniejszych detalach – sprzedawana po 5 dolarów dokumentacja liczyła przeszło 100 stron tekstu i 76 rysunków. W celu startowania w przetargu, kontrahent musiał oddać w depozyt 2mln dolarów. Wygranego obowiązywał również depozyt w kwocie 5mln dolarów. Szybko okazało się, że nie istnieje w kraju żadne przedsiębiorstwo zdolne do podjęcia takiego ryzyka finansowego, czy nawet… do wyłożenia takiej gotówki (dolar miał w latach 30 wartość ok. 8 razy większą niż dziś). Po wielu rozmowach zadania podjął się jeden kontrahent w sześciu osobach (nie przypomina to komuś czegoś?) – Six Companies inc. było konsorcjum złożonym z 6 przedsiębiorstw które łącząc swoje kapitały zdolne były do spełnienia rządowych wymogów wygrywając kontrakt pomimo pojawienia się 2 innych ofert. Czas na budowę wynosił 7 lat, z karami które miały być naliczane za każdy dzień zwłoki. Morrison-Knudsen – jedno z przedsiębiorstw – zatrudniało w swoich szeregach Franka Crowe’a, którego historia miała zapamiętać jako konstruktora najwspanialszych zapór na świecie.

Władze Las Vegas lobbowały, by miasto stało się główną kwaterą budowy zapory, lecz ogłoszono plany budowy modelowego miasta dla robotników niedaleko miejsca budowy. Miasto to znane jest dziś pod nazwą Boulder City. Pod koniec 1930. Rozpoczęto budowę linii kolejowej łączącej Las Vegas z czarnym kanionem.

Konstrukcja

Niedługo po ogłoszeniu planów budowy mieszkańcy 5-tysięcznego miasta Las Vegas zobaczyli 10-20 tysięcy bezrobotnych ludzi liczących na pracę przy budowie. Miejsce konstrukcji zapory szybko otoczone zostało przez polowe obozy osób mających nadzieję na zatrudnienie. Mieszkali oni w prowizorycznych namiotach, razem ze swoimi rodzinami. Gdy prace nad zaporą ruszyły, Six Companies zatrudniło przeszło 3000 osób w 1932. Liczba ta osiągnęła rekord 2 lata później z liczbą 5251 pracowników. Z uwagi na segregację rasową przy konstrukcji nie zatrudniano azjatów. Mniej niż 30 czarnoskórych zostało zatrudnionych do najmniej płatnych prac. Częścią kontraktu podpisanego przez Six Companies było zapewnienie miejsc do mieszkania dla pracujących robotników. Pierwsze domy w Boulder city miały być gotowe jeszcze przed rozpoczęciem prac w kanionie, jednak podjęta została decyzja o przyspieszeniu budowy, z uwagi na nieregularności w poziomie wód rzeki. W latach budowy okresy letnie były niezwykle upalne, z temperaturami dochodzącymi do 49°C, co kosztowało życie 16 osób w sierpniu 1931.

Przekierowanie rzeki

Oczywistym był fakt, że nie da się zbudować zapory na płynącej rzece. Projekt przewidywał wydrążenie w twardych, granitowych ścianach kanionu 4 tuneli, dzięki którym wzburzone wody Kolorado mogły ominąć miejsce prac. Tunele miały 17m średnicy a ich sumaryczna długość przekraczała 5km. Musiały być one skończone do października 1933 (3 tys. kary za każdy dzień opóźnienia), co okazało się trudne – z uwagi na stan wód prace mogły być prowadzone tylko późną jesienią i zimą. W drążeniu tuneli pomógł pierwszy wynalazek Crowe – na miejscu skonstruowano kilka 3-piętrowych ciężarówek. Na każdym z pięter stało kilkoro pracowników z wiertarkami. Samochody były wycofywane do ściany tunelu, a następnie kilkanaście otworów strzałowych było wierconych jednocześnie. Po ich załadowaniu następował strzał, po którym natomiast zaczynały pracować ekipy usuwające gruz. Pomimo znacznego przyspieszenia prac rozwiązanie to miało poważną wadę – wykorzystanie w stosunkowo wąskich i słabo wentylowanych tunelach kilkudziesięciu pojazdów spalinowych przyczyniło się do znaczącego podniesienia stężeń tlenku węgla. Znane są przekazy pracowników o specyficznym zapachu czy zabarwieniu powietrza. Prawdopodobnie kilkadziesiąt osób zmarło w wyniku zatrucia czadem, jednak oficjalnymi przyczynami była astma – nie zostali więc oni wliczeni w końcową liczbę ofiar.

Prace na dnie kanionu.

Po przekierowaniu rzeki i osuszeniu miejsca budowy, wykorzystano urobek z drążenia tuneli w celu usypania tymczasowych zapór chroniących lokacje prac przed zalaniem. Tym samym rozpoczął się proces usuwania z dna warstwy osadów i luźnych skał. Z uwagi na skalę przedsięwzięcia konieczne było, by zapora spoczęła na litej skale kanionu. Usunięto ok. 1,1mln m3 luźnego materiału skalnego. Z uwagi na typ konstrukcji przenoszący obciążenia na ściany kanionu – te także musiały zostać oczyszczone z użyciem dynamitu – tak by zapora oparła się o solidną, niezwietrzałą warstwę granitu. W tym celu wielu pracowników opuszczało się po ścianach kanionu na linach w celu wiercenia i ładowania otworów strzałowych (niektóre źródła podają, że zatrudniano przy tym cyrkowców). To właśnie oni przyciągnęli pierwszą falę turystów na miejsce budowy. Luźny materiał skalny stanowił dla nich ogromne zagrożenie – stąd pojawił się pomysł konstrukcji prowizorycznych kasków poprzez wielokrotne zanurzanie czapek w płynnej smole, która twardniała dając namiastkę ochrony. Problem został zauważony przez kierownictwo i niedługo potem zapewnione zostały prawdziwe kaski.

Zapora

Pierwszy beton został wylany 6 kwietnia 1933, 18 miesięcy szybciej, niż zakładał oficjalny plan. Jako że beton w trakcie wiązania nagrzewa się i kurczy – możliwość nierównomiernego rozkładu naprężeń i temperatur stanowiła poważny problem. Niemożliwe było zbudowanie tamy z jednego, monolitycznego bloku betonu, gdyż wymagało by to ok. 125 lat na związanie materiału i prawdopodobnie doprowadziłoby do pęknięć i naprężeń. Z tego względu obrys zapory został podzielony na prostokąty o zmiennym rozmiarze, które stanowiły pojedyncze bloki budulcowe. W celu kontrolowania tempa wiązania betonu, każdy blok przecięty był rurami o średnicy 2,5cm, przez które zaraz po wylaniu betonu przepuszczano zimną wodę rzeczną, a następnie wodę lodowatą ze zlokalizowanych niedaleko urządzeń chłodzących. Dzięki takiemu zabiegowi mieszanka wiązała znacznie wolniej i równomierniej. Po zakończeniu procesu wiązania rury, wraz z przestrzeniami między blokami zostały wypełnione płynną zaprawą. Finalnie rury chłodzące miały długość prawie tysiąca km.

Beton był produkowany na miejscu, przez dwie betonownie zlokalizowane po stronie Nevady, a następnie dostarczany na miejsce w ogromnych (ok. 2x2m) kadziach transportowanych przy pomocy systemu rozciągniętych między ścianami kanionu lin stalowych (Crowe uzyskał 2 patenty na to rozwiązanie). Każda wylana kadź podnosiła poziom betonu w formie o ok. 2cm. Był on następnie wibracyjnie zagęszczany, wyrównywany i pozostawiony do związania. Dzięki doświadczeniom przy budowie mniejszych projektów beton użyty do budowy nie jest podatny na zjawisko zarazy cementowej (reakcji zasadowej zaprawy z krzemionką stanowiącą wypełnienie). Wbrew temu co mogłoby się wydawać zapora nie jest całkowicie pełnym kawałem betonu – jest poprzecinana systemem tuneli służących do inspekcji i konserwacji.

Budowa zapory zakończona została we wrześniu 1935 (chociaż w budowie pozostawała wciąż elektrownia i infrastruktura towarzysząca), 30 dnia tego miesiąca odbyła się oficjalna ceremonia otwarcia w której uczestniczył prezydent Roosevelt.

Wieże wpustowe (eng. Intake towers)

Charakterystyczne cztery wieże wystające ponad powierzchnię Lake Mead służą do poboru wody z jeziora. Połączone są one ze stalowymi rurami kierującymi wodę do turbin generatorów. Nie są one zbudowane na dnie kanionu – opierają się na jego ścianach, przez co produkcja elektryczności możliwa jest wyłącznie przy stanie wody wynoszącym ok. 60% maksymalnego. Wewnętrzne tunele dywersyjne (służące wcześniej do przekierowania biegu rzeki) wykorzystane zostały do transferu wody z dwóch dalszych wież. Umieszczone tam rury mają średnicę 9m, a pojedynczy nit służący do spajania poszczególnych fragmentów waży ok. 2,5kg. W przypadku większości elementów konstrukcji tańszą opcją okazało się zbudowanie odpowiednich fabryk na miejscu niż produkcja w zakładach istniejących i transport.

Przelewy (eng. Spillways)

Nieodłącznym elementem konstrukcji każdej zapory są systemy zapobiegające przelaniu się wody przez górną krawędź przy bardzo wysokim stanie wód. W opisywanej budowli zastosowano 2 przelewy – po jednym z każdej strony. Betonowe leje, zaopatrzone w stalowe wrota pozwalające kontrolować maksymalny poziom wody (pełne podniesienie zapór zwiększa poziom wody o ok. 5m) zostały zbudowane na ścianach kanionu i połączone wydrążonymi w skale i wyłożonymi betonem kanałami o średnicy 15m. Woda spada bardzo gwałtownie na dystansie 180m. W dolnym odcinku wykorzystano zewnętrzne tunele dywersyjne. Historycznie przelewy wykorzystane były 2 razy – pierwszy w celach testów, niedługo po zakończeniu budowy i napełnieniu zbiornika, drugi podczas wiosennych powodzi w 1983r. spowodowanych bardzo grubą pokrywą śnieżną topniejącą u źródeł Kolorado w górach skalistych.

Produkcja elektryczności.

U podnóża zapory zlokalizowano elektrownię. Z uwagi na strategiczne znaczenie całego przedsięwzięcia jej dach zbudowany z warstw betonu, skał i stali miał grubość 1,1m, z dodatkowymi warstwami piasku i stali, co czyniło go odpornym na potencjalne ataki bombowe. Zainstalowano tam 17 generatorów: 13 o mocy 130MW, 2 po 127MW, 1 o mocy 68,5MW i jedna o mocy 61,5MW. 8 z nich zlokalizowanych było po stronie Nevady, pozostałe dziewięć (w tym dwie o mniejszej mocy) po stronie Arizony. Dodatkowo po każdej stronie znajduje się po jednym generatorze o mocy 2,4MW. Produkują one energię potrzebną do normalnej pracy elektrowni i infrastruktury towarzyszącej. Zyski ze sprzedaży energii pozwoliły spłacić wszystkie kredyty zaciągnięte na pokrycie kosztów budowy.

Ofiary budowy

Oficjalna lista ofiar budowy zapory liczy 112 nazwisk. Pierwszą osobą która straciła życie w miejscu konstrukcji był J. G. Tierney, który utonął 20 grudnia 1922, podczas poszukiwań idealnego miejsca do budowy tamy. Ostatnią osobą która zginęła w trakcie konstrukcji jest Patric Tierney – syn pierwszej ofiary – który pracując jako pomocnik elektryka spadł z dużej wysokości. Lista ta nie uwzględnia przynajmniej 42 osób, które oficjalnie zmarły w wyniku astmy lub zapalenia płuc. Byli to pracownicy drążący tunele w których wysoka temperatura (nawet do 60°C), słaba wentylacja i bardzo wysokie stężenia tlenku węgla stwarzały niezwykle niebezpieczne warunki.

Wpływ na środowisko

Zapora spiętrzając wodę utworzyła największy zbiornik retencyjny w USA, znany pod nazwą Lake Mead. Ma on powierzchnię 640km2 i długość ok. 180km. Zaopatruje on w słodką wodę kilka okolicznych stanów. Podczas napełniania jeziora zalanych zostało kilka wysiedlonych osad. Istnienie tamy pozwoliło na kontrolowanie powodzi co było przedmiotem dyskusji – pojawiły się głosy, że tak nagła zmiana mogła zagrażać gatunkom przystosowanym do regularnego zalewania wodami rzeki. Ograniczona została także populacja ryb w dole rzeki, doprowadzając 4 gatunki do stanu zagrożenia wyginięciem.

Nazwa

Pierwotnie tama nazywana była „Boulder dam” od nazwy kanionu w którym początkowo miała być skonstruowana. Po raz pierwszy została nazwana zaporą Hoovera przez sekretarza Wilbura podczas ceremonii otwarcia linii kolejowej łączącej miejsce budowy z Las Vegas. Było to związane z tradycją nazywania zapór po urzędujących w trakcie budowy prezydentach (Hoover był urzędującym prezydentem w trakcie rozpoczęcia prac, podczas ceremonii otwarcie prezydentem był Roosevelt). Nazwa stała się przedmiotem długo trwającego sporu, przez dłuższy czas w przestrzeni publicznej obie opcje używane były zamiennie. Finalnie w 1947 Kongres Stanów Zjednoczonych zatwierdził oficjalnie nazwę „Hoover Dam”.

Element krajobrazu USA

Zapora już od momentu zaczęcia prac przyciągała uwagę turystów i mediów. W 1981 została wpisana do Narodowego Rejestru Miejsc Historycznych, 4 lata później zyskała tytuł Narodowego Pomnika Historii. Każdego roku odwiedza ją ok. miliona turystów. Lake Mead stało się też miejscem rekreacji i sportów wodnych. Przebiegająca przez zaporę droga Route 93, była jedną z najbardziej obciążonych ruchem w USA, aż do otwarcia „Hoover Dam Bypass” – mostu rozciągniętego między krawędziami kanionu.

Susza

Z początkiem wieku XX pojawiły się problemy z poziomem wód, które w 2016 osiągnęły rekordowo niski poziom 326m, tylko 6m powyżej minimalnej wartości pozwalającej na produkcję energii. Spowodowane jest to nadmiernym wykorzystywaniem wody do celów mieszkaniowo gospodarczych jak i niewielkimi opadami śniegu w górach skalistych. W ciągu ostatnich 2-3 lat poziom wody zaczął powoli rosnąć. Z tego powodu w pewnych okresach woda była spuszczana z jeziora tylko w przypadku zapotrzebowania w dole rzeki. Głównym zadaniem zapory jest kontrolowanie powodzi, część energetyczna była jedynie dodatkiem mającym na celu spłatę kosztów budowy – nie uważa się więc niskiej produkcji energii za poważny problem.

Gdyby ktoś miał jakieś pytania to śmiało, postaram się odpowiedzieć :)