یکی از تقسیم‌بندی‌های رایج برای تعیین نوع سدها، دسته‌بندی آن‌ها بر اساس ساختارشان است. سدها بر اساس ساختار به انواع قوسی، وزنی، پشت‌بنددار و خاکریزی تقسیم می‌شوند.
سد قوسی چیست؟
«سدهای قوسی» (Arch Dams)، نوعی از سدهای بتنی هستند که در خلاف جریان آب، انحنای محدب دارند. طراحی سدهای قوسی به گونه‌ای است که با اعمال نیروی افقی آب (فشار هیدرواستاتیک)، قوس سد به مقدار کمی صاف می‌شود و به سمت فونداسیون یا تکیه‌گاه‌ها حرکت می‌کند. به این ترتیب، فشار هیدرواستاتیک از طریق قوس به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌شود. در نتیجه، مقاومت سازه افزایش می‌یابد.
دره‌های باریک با تکیه‌گاه‌های پرشیب و سنگ‌های مقاوم، گزینه بسیار مناسبی برای ساخت سدهای قوسی هستند. به دلیل نحوه عملکرد بهینه سدهای قوسی، ضخامت آن‌ها نسبت به دیگر سدها کم‌تر است. این موضوع، میزان مصالح مصرفی را کاهش می‌دهد و سدهای قوسی را به یک گزینه اقتصادی و کاربردی در مناطق دورافتاده تبدیل می‌کند.
سدهای قوسی دارای انواع مختلفی هستند که تقسیم‌بندی آن‌ها به زاویه، شعاع و انحنا بستگی دارد. بر این اساس، انواع سدهای قوسی را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد:
- «سدهای قوسی با شعاع ثابت» (Constant Radius Arch Dams): قوس خارجی (در تماس با آب)، دارای شعاع ثابت در تمام ارتفاع‌ها است. در طرف مقابل، قوس داخلی (رو به جریان آب) به گونه‌ای است که با کاهش ارتفاع، شعاع نیز کاهش می‌یابد.
- «سدهای قوسی با شعاع متغیر» (Variable Radius Arch Dams): مقدار شعاع قوس خارجی و داخلی با کاهش ارتفاع کاهش می‌یابد.
- «سدهای قوسی با زاویه ثابت» (Constant Angle Arch Dams): شعاع مرکزی قوس در برای تمام ارتفاع‌ها یکسان است.
- «سدهای دوقوسی» (Double Curvature Arch Dams): اگر سدهای قوسی هم در راستای افقی و هم در راستای عمودی دارای انحنا باشند، به آن‌ها سد دوقوسی گفته می‌شود.
- «سدهای قوسی وزنی» (Arch-Gravity Dams): از ویژگی‌های سدهای قوسی و وزنی بهره می‌برد.
از مزایای سدهای قوسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کم بودن مشکلات ناشی از فشار آپلیفت (رو به بالا) به دلیل عرض کم دره
- کم بودن مصالح مصرفی و اقتصادی بودن
- امکان اجرا بر روی فونداسیون متوسط
معایب اصلی سدهای قوسی عبارت هستند از:
- پایین بودن سرعت ساخت
- نیاز به نیروی کار ماهر
- نیاز قالب‌بندی حرفه‌ای و دقیق
- مناسب نبودن برای تکیه‌گاه‌های ضعیف
سد وزنی چیست؟
«سد وزنی» (Gravity Dam)، با استفاده از وزن خود (نیروی عمودی رو به پایین)، در برابر نیروهای خارجی نظیر فشار هیدرواستاتیک، آپلیفت، موج، باد، یخ، زلزله و غیره مقاومت می‌کند. به دلیل ماهیت سدهای وزنی، برای ساخت آن‌ها به یک فونداسیون مناسب (ترجیحا یک لایه سنگی ضخیم) نیاز است. سدهای وزنی با استفاده از بتن معمولی یا بتن غلتکی، مصالح بنایی یا بتن آرمه ساخته می‌شوند.
شکل سطح مقطع سدهای وزنی تقریبا مثلثی و محور آن‌ها مستقیم است. به منظور مقاومت در برابر فشار آپلیفت در این نوع سدها می‌توان از مجرای نفوذ آب استفاده کرد. سدهای وزنی برای مقاصد مختلفی نظیر کنترل جریان برف‌های آب‌شده در یک رود و یا ذخیره آب در فصل گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سرریز در اکثر سدهای وزنی به مقدار کمی پایین‌تر از تاج قرار دارد. این سدها، نوعی از سدهای سرریز به حساب می‌آیند. اکثر سدهای وزنی بدون انحنا هستند. البته در برخی از سدهای وزنی بتنی یا سنگی، به منظور بهره‌مندی از رفتار قوسی و افزایش مقاومت، محور سد با انحنا ساخته می‌شود. به این سدها، سدهای قوسی-وزنی می‌گویند.
سدهای وزنی دارای انواع مختلفی هستند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان موارد زیر را نام برد:
- بتنی حجیم (معمولی یا غلتکی)
- ملاتی (مصالح بنایی مانند سنگ)
- توخالی (بتن آرمه)
از مزایای اصلی سدهای وزنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مناسب برای درهای پرشیب (احتمال لغزش سدهای خاکی)
- استحکام و پایداری بیشتر نسبت به سدهای خاکی
- نیاز به تعمیر و نگهداری کم
- عدم رخ دادن شکست ناگهانی
- مناسب برای نواحی با احتمال بارش‌های شدید
- لایروبی مخزن توسط آبگیرهای عمیق
معایب سدهای وزنی عبارت هستند از:
- هزینه اولیه بالا
- زمان اجرای نسبتا زیاد
- نیاز به فونداسیون قوی
- عدم امکان افزایش ارتفاع پس از اتمام ساخت
- نیاز به نیروی کار ماهر در هنگام استفاده از بتن
سد پشت بند دار یا سد پایه دار چیست؟
«سد پشت بند دار» (Buttress Dam)، سد پایه‌دار یا سد توخالی، نوعی از سدهای بتن آرمه است که از دو بخش تشکیل می‌شود. بخش بالادست این سد، یک دیوار توپر ضد آب و شیب‌دار است که توسط چندین پشت‌بند با فاصله مشخص در بخش پایین دست نگهداری می‌شود. دیوار سد، می‌تواند به صورت صاف یا منحنی باشد.
سدهای پشت‌بنددار، وزن بالایی دارند. به همین دلیل، کف آن‌ها معمولا مقداری به داخل زمین فرو می‌رود. سدهای پشت‌بنددار را می‌توان به عنوان نسخه اصلاح‌شده سدهای وزنی در نظر گرفت. به طور کلی، بتن زیادی در ساخت سدهای وزنی مصرف می‌شود. برای به حداقل رساندن مصرف بتن در سدهای پشت‌بنددار، نواحی بدون تنش (کم تنش) در سدهای وزنی حذف شده است. آب پشت دیوار به سد نیرو وارد می‌کند اما عدم انعطاف‌پذیری پشت‌بندها، مانع از افتادن سازه می‌شود.
انواع سد پشت‌بنددار بر اساس ساختار پشت‌بند عبارت هستند از:
- دال تخت، پیوسته و طره‌ای
- چندقوسی
- چندگنبدی
- ستونی
هر چه ارتفاع سد پشت‌بنددار بیشتر باشد، تعداد پشت‌بندهای مورد استفاده نیز بیشتر خواهد بود. این نوع سد، برای نواحی با فونداسیون بسیار ضعیف مناسب است. مزایای سدهای پشت‌بنددار عبارت هستند از:
- عدم نیاز به فونداسیون قوی
- فعال کردن مقاومت عمودی پشت‌بندها با اعمال فشار آب به دیوار شیب‌دار و افزایش پایداری سد
- ضریب ایمنی بسیار بالاتر از سدهای وزنی
- عدم تاثیر فشار یخ به دلیل لغزش بر روی سطح شیب‌دار
- امکان افزایش ابعاد سد
- مصرف پایین بتن (یک‌سوم سدهای وزنی)
- هزینه کم‌تر نسبت به سدهای وزنی
- امکان راه‌اندازی تجهیزات تصفیه آب یا نیروگاه برق-آبی در فضای خالی بین پشت‌بندها
از معایب سدهای پشت‌بنددار نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نیاز به نیروی کار ماهر به دلیل پیچیدگی قالب‌بندی
- هزینه بالای قالب‌بندی و استفاده از میلگرد
- احتمال فرسودگی و آسیب دال‌های نازک
سد خاکریزی چیست؟
«سد خاکریزی» (Embankment یا Levee)، با استفاده از جانمایی مواد مختلفی نظیر خاک، شن، رس یا سنگ و تراکم آن‌ها ساخته می‌شود.
سدهای خاکی و سنگ‌ریزه‌ای از انواع شناخته‌شده سدهای خاکریزی هستند. ساختار این سدها از هسته نفوذناپذیر و پوشش طبیعی ساخته شده است. سدهای خاکریزی، نوعی از سدهای غیر صلب محسوب می‌شوند.
انواع سدهای خاکریزی عبارت هستند از:
- سد خاکریزی همگن: این نوع سد، فقط از یک نوع خاک ساخته می‌شود. همگن بودن این سد، امکان نشت آب را افزایش می‌دهد. برای حل این مشکل می‌توان از خشکه‌چینی سنگ در سطح بالادست استفاده کرد.
- سد خاکریزی ناهمگن: این نوع سد، از یک هسته نفوذناپذیر (رس، سیلت یا مخلوط این دو) با پوشش نفوذپذیر (خاک معمولی) ساخته می‌شود.
- سد خاکریزی دیافراگمی: این نوع سد، از یک دیافراگم مرکزی نفوذناپذیر از جنس خاک، بتن، فولاد یا چوب ساخته می‌شود.
از مزایای اصلی سدهای خاکریزی می‌توان موارد زیر را نام برد:
- در دسترس بودن مصالح
- طراحی ساده، اجرای آسان و عدم نیاز به تجهیزات زیاد
- امکان اجرای بر روی تمام فونداسیون
- به حداقل رساندن نشت و نشست فونداسیون‌های ضعیف
- هزینه پایین ساخت
معایب اصلی سدهای خاکریزی عبارت هستند از:
- احتمال آسیب‌دیدگی بر اثر جریان‌های سنگین و نیاز به سازه نگهبان
- احتمال آسیب‌دیدگی فونداسیون در صورت تراکم نامناسب
- نیاز به نگهداری و بررسی مداوم رشد گیاهان، هوازدگی، نشت و غیره
- دشوار و نامناسب بودن برای ایجاد سرریز
جدول زیر، مقایسه کلی انواع سدها بر اساس ساختار را نمایش می‌دهد.
| نوع (مصالح مورد استفاده) | مقطع عرضی (دید از کناره‌ها) | مقطع پلان (دید از بالا) |
| وزنی |  |
 |
| قوسی |  |
 |
| پشت‌بنددار |  |
 |
| خاکریزی |  |
 |