Gravitatsioonipais

pisi|Tegutsev gravitatsioonipais Cornalvo pais Hispaanias, ehitatud roomlaste poolt 1.–2. sajandil pKr
pisi|Tsukabaru pais
pisi|Willow Creeki pais Oregonis, rulliga tihendatud betoonist gravitatsioonipais
Gravitatsioonipais ehk massiivpais on pais, mis püsib paigal raskusjõu mõjul. See on betoonist või kivimüüritisest valmistatud paisu tüüp, mille puhul paisu stabiilsuse tagab ainult paisu enda kaaluga võrdeline hõõrdejõud paisu ja aluspinna vahel. Gravitatsioonipaisud on konstrueeritud nii, et paisu iga osa on stabiilne ja paisu teistest osadest sõltumatu. (Seevastu kaarpaisu osad ei ole iseseisvalt stabiilsed, vaid tuginevad jõu ülekandmisele naaberosade kaudu kaldavallidesse, mis on sageli kinnitatud kanjoni seinte külge.)

Erinevalt kaar-gravitatsioonipaisudest ja kaarpaisudest, mille konstruktsioon ja struktuuriline tugevus põhinevad rajatise kaarekujulisusel, ning erinevalt kontraforsspaisudest, mille puhul vee rõhk ülemises bjefis kantakse kontraforsside kaudu üle paisu alusele, on klassikalise gravitatsioonipaisu ristlõige ligikaudu täisnurkse kolmnurga või täisnurkse trapetsi kujuline, kusjuures täisnurk on ülemise bjefi poolel.

Gravitatsioonipaisud vajavad tavaliselt jäika kaljupõhja, millel on suur kandevõime (veidi murenenud või murenemata kivimit), kuigi harvadel juhtudel on neid ehitatud ka mullale. Gravitatsioonipaise saab rajada nii kaljupõhjale (näiteks Krasnojarski hüdroelektrijaam) kui ka mittekaljupõhjale (näiteks Volga-Kama hüdroelektrijaamade kaskaadi ülevooluosad). Seda tüüpi paisu põhiparameeter – paisu aluse paksuse ja paisu kõrguse suhe – sõltub paisu all olevatest kivimitest ning on kaljupõhja korral umbes 0,6, savipõhja korral kuni 1,2.

Paisu stabiilsus tuleneb eelkõige sellest, et pind, millele pais toetub, suudab piisavalt paljude nurkade all tõhusalt normaalreaktsioone tekitada. Jäiga konstruktsiooniga gravitatsioonipais talub halvasti aluse ebaühtlast vajumist, sest see võib põhjustada paisu pragunemise (vt betooni pragunemine).

Konstruktsiooni lihtsuse ja töökindluse tõttu on gravitatsioonipaisud üks levinumaid paisutüüpe. Et nende ehitamiseks läheb tarvis väga palju materjali, on need kulukamad kui muud tüüpi paisud. Nende suur tugevusvaru võimaldab konstruktsiooni kergendada, tekitades laiu õõnsusi, mis on mõnel juhul täidetud ballastmaterjaliga. See võimaldab maksumust vähendada (tuntumad näited: Bratski hüdroelektrijaam, Itaipú hüdroelektrijaam). Mõnel juhul tehakse seda tüüpi paisude ülemine osa vertikaalse seinana, mille stabiilsuse tagab trapetsikujulise aluse raskus.

Gravitatsioonipaisude peamine eelis pinnaspaisude ees on betooni vastupanu allpinnase erosioonile, mis kaitseb väiksemate ülevoolude põhjustatud kahjustuste eest. Ootamatult suured ülevoolud on siiski probleem, sest need võivad uuristada paisu alust. Gravitatsioonipaisude üks puudus on see, et nende suuri betoonkonstruktsioone võivad destabiliseerida üleslükkejõud ümbritseva pinnase suhtes. Üleslükkejõude saab vähendada paisusiseste ja aluspinna drenaažisüsteemide abil.

Ehitamise ajal võib betooni eksotermiline kõvenemine tekitada palju soojust. Oma halva soojusjuhtivuse tõttu hoiab betoon soojust kümneid aastaid paisus kinni, mistõttu plastne betoon paisub ning muutub jahtudes kergesti pragunevaks. Projekteerija ülesanne on see ära hoida.

Gravitatsioonipaisud ehitatakse tavaliselt nii, et esmalt eemaldatakse jõe ühes lõigus suur osa 
pinnasest, lastes tekkinud ruumil veega täituda. Kui pinnas on eemaldatud, tuleb aluspinda testida, et veenduda, et see suudab paisu ja vee raskust kanda. Oluline on veenduda, et pinnas aja jooksul ei erodeeru, mis võimaldaks veel paisu ümbert või alt läbi tulla. Mõnikord on pinnas juba piisavalt tugev, mõnikord tuleb seda tugevdada tugikividega. Aluspinna kandevõimet saab testida Westergaardi, Euleri ja Lagrange'i meetodil.Design of gravity dams: Design manual for concrete gravity dams, Denver, CO: US Dept. of the Interior  1976. Kui aluspind on sobiv, võib alustada ehitamist. Tavaliselt kasutatakse tugevat materjali, näiteks betooni või kiviplokke. Ristlõige on tavaliselt kolmnurkne, et stabiilsus oleks maksimaalne.S. Khosravi. Design and Modal Analysis of Gravity Dams by Ansys Parametric Design Language. – Walailak Journal of Science & Technology, 2015.

 Liigitus 
Gravitatsioonipaisude kõige tavalisem liigitus lähtub ehitusmaterjalist:

Maavärinakindlus
Gravitatsioonipaisud on ehitatud nii, et nad peaksid vastu ka väga tugevatele maavärinatele. Kuigi paisu aluspind on mõeldud kandma paisu ja kogu vee raskust, on see üsna painduv ning suudab neelata palju energiat ning suunata selle maakoorde. Aluspind peab suutma 
maavärina energia absorbeerida, sest kui pais puruneks, paiskuks allavoolu palju vett ja hävitaks kõik oma teel. Maavärinad on gravitatsioonipaisude suurim oht, mistõttu tuleb igal aastal ja pärast iga suuremat maavärinat kontrollida paisu pragusid, vastupidavust ja tugevust. Kuigi gravitatsioonipaisude tööeaks on mõeldud 50–150 aastat, vajavad nad hooldust ja aeg-ajalt osalist või täielikku uuendamist.G. Lucian.   Earthquake analysis and response of concrete gravity dams, US Army Corps of Engineers 1986, ISBN 0943198070.

Rekordid

2014. aasta seisuga oli kõrgeim seda tüüpi pais Nureki hüdroelektrijaama kivi-pinnaspais (300 m), kõrgeim betoonist gravitatsioonipais oli Grande Dixence'i pais (285 m), mis kuulub Cleusoni-Dixence'i hüdroenergiakompleks Šveitsis.

pisi|Kolme Kuristiku pais Hiinas – maailma suurim gravitatsioonipais koos maailma suurima hüdroelektrijaamaga

Vaata ka
Pinnaspais
Tamm
Kõrgeimate paisude loend

 Viited 

 Välislingid 
Design of gravity dams: Design manual for concrete gravity dams, Denver, CO: US Dept. of the Interior 1976.
G. Lucian. Earthquake analysis and response of concrete gravity dams, US Army Corps of Engineers 1986, ISBN 0943198070.
S. Khosravi. Design and Modal Analysis of Gravity Dams by Ansys Parametric Design Language. – Walailak Journal of Science & Technology, 2015.

 Välislingid 
 PBS Dam Basics

Kategooria:Vesiehitised