Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
T ER EN KA O RA DNA SR ED IN A
Teren se u Mehanici stena i tla izučava kao prirodna konstrukcija, kao radna sredina i kao
životna sredina.
Poznavanje terena kao radne sredine ima veliki značaj pri izvođenju ″zemljanih radova″,
izgradnji površinskih i podzemnih objekata i eksploataciji geoloških građevinskih materijala.
Poznavanje terena kao radne sredine omogućuje graditeljima da blagovremeno pripreme
odgovarajuću opremu i odaberu najpovoljniju tehnologiju izvođenja radova i odaberu
preventivne i sanacione mere.
Cilj izučavanja terena kao radne sredine sastoji se u sledećem:
- da se što realnije prognozira ponašanje geološke sredine pri izvođenju odgovarajućih radova,
- da se izabere najekonomičniji način iskopa, primenom odovarajućeg alata i mašina,
- da se sagleda optimalno vreme potrebno za izvođenje radova,
- da se izabere najekonomičniji način iskopa, primenom odovarajućeg alata i mašina,
- da se obezbedi sigurnost pri radu, tj. osigura izvođenje radova bez pojave kliženja,
odronjavanja, sleganja, prolamanja i zarušavanja i drugih štetnih inženjerskogeoloških
pojava pri zasecanju, usecanju i podsecanju padina ili iskopu podzemnih prostorija,
- da se realno predvidi cena projektovanih radova.
Za pravilnu ocenu terena kao radne sredine neophodno je dobro poznavanje fizičkih, mehaničkih
i tehnoloških svojstava stenskih masa koje izgrađuju teren. Osim toga nužno je poznavati:
morfološka, strukturna i hidrogeološka svojstva terena.
Od svojstava terena kao radne sredine najčešće se izučavaju sledeća svojstva:
- čvrstoća, tvrdoća i žilavost tj. otpor pri iskopu. Na primer, velika žilavost amfibolita dosta je
usporila izbijanje tunela ″Čelinac″ na pruzi Doboj - Banja Luka.
- otpor pri bušenju tj. bušivost stena na osnovu koje se vrši izbor pribora za bušenje (brsta
bušilice i vrsta krune) i tehnologija bušenja.
- otpor pri miniranju tj. razorivost stenskih masa dejstvom eksploziva, na osnovu čega se
utvrđuje potreba i efekat miniranja, vrsta i količina eksploziva. Na primer, lošom procenom
vrste i količine eksploziva, na deonici pruge Kosjerić - Požega umesto željenih 30 m3
miniranjem se odronilo oko 2 000 m3 i još je trebalo očistiti oko 1 000 m3.
- ovodnjenost stenskih masa tj. zasićenost vodom (vrste izdani, količina vode, pravac toka,
način prihranjivanja i pražnjenja) i mogućnost dreniranja. Osim toga neophodno je poznavati
i neka hidrofizička svojstva kao što su: kaljanje, lepljenje i bubrenje.
- deljivost tj. usitnjavanje monolita stena pri iskopu, bušenju i miniranju sa koeficijentom
rastresanja i koeficijentom tovarenja.
- stabilnost i postojanost masa u kosinama zaseka i useka i bokovima, stropu i podu
podzemnih prostorija. Na primer, tunel ″Vranduk″ u Bosni koji je probijen kroz laporce sa
zadovoljavajućom čvrstoćom ostavljen je bez obloge. Međutim, zbog osetljivosti laporaca
242
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
na vlagu došlo je do smanjenja njihove čvrstoće. Tunel je morao, naknadno pod
saobraćajem, biti obložen.
- uticaj temperature na izvođenje radova. Na primer, visoka temperatura od 38 °C,
konstatovana je pri izvođenju dovodnog tunela HE ″Vrla″-III, u smrvljenim kristalastim
škriljcima, u zoni gde tunel preseca rased na kome se nalazi Vranjska banja, sa
temperaturom vode čak do 107 °C. Naravno da su ovako visoke temperature uticale na
izvođenje radova.
- provetrivost stenskih masa (posebno kod izgradnje podzemnih objekata).
6.1. Klasifikacije terena kao radne sredine
Klasifikacije terena kao radne sredine u suštini predstavljaju klasifikacije stenskih masa in situ prirodnom položaju tj. u sklopu terena na kome ili u kome se izvode zemljani radovi ili se on koristi
kao podloga za temeljenje različitih objekata. Uprkos postojanju velikog broja klasifikacija terena
kao radne sredine ni jedna od tih klasifikacija nije opšte prihvaćena, iako su neke od njih poslužile
kao osnova za pravljenje nacionalnih standarda.
6.1.1. Klasifikacija M. M. Protođakonova
Prema otporu koji stenske mase pružaju pri izvođenju podzemnih inženjerskih radova I. I.
Protođakonov je 1925. godine sastavio jednu specijalističku klasifikaciju stenskih masa. Autor je
klasifikaciju nazvao ″skalom čvrstoće stena″, mada je ona u suštini klasifikacija terena kao radne
sredine. Pri izradi klasifikacije autor je pošao od pretpostavke da je otpor koji stenske mase pružaju
nekom spoljašnjem mehaničkom delovanju (f) srazmeran njihovoj jednoaksijalnoj čvrstoći na
pritisak (σp). Koeficijent čvrstoće - otpora pri radu (f) po Protođakonovu, predstavlja neimenovan
broj koji odgovara desetom delu (desetini) jednoaksijalne čvrstoće na pritisak(σp) izražene u MPa:
σ
f= p ,
10
gde su f koeficijent čvrstoće – otpor pri radu (neimenovan broj), a σp jednoaksijalna čvrstoća na
pritisak (MPa).
Koeficient čvrstoće (f) autor je shvatio kao opšti pokazatelj otpora koji stena pruža pri spoljašnjim
statičkim ili dinamičkim uticajima, pridajući mu na taj način šire značenje od uobičajenog pojma
čvrstoće stena. Po klasifikaciji Protođakonova, prema koeficijentu čvrstoće (f), sve stenske mase u
kojima se izvode radovi, su svrstane u deset kategorija, od kojih pet imaju po jednu potkategoriju
(Tabela 6.1).
Ova klasifikacija je našla veliku primenu kod klasifikovanja terena kao radne sredine u
rudarstvu, čemu je i namenjena, kao i pri klasifikovanju terena pri izvođenju podzemnih
građevinskih radova, gde se pokazala kao upotrebljiva.
Kasnija ispitivanja su pokazala da koeficijent otpora kod mnogih stena može da bude i iznad 20,
pošto maksimalna čvrstoća nekih stena prelazi vrednosti od 200 MPa za oko dva puta (Tabela 6.1).
Ispitivanja L. I. Barona su pokazala da se korelacija koeficijenta (f) i čvrstoće pod pritiskom (σp)
može realnije prikazati formulom:
σp
σp
f =
+
30
30
243
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Formula Barona ispravlja nedostatak formule Protođakonova pošto po njoj najčvršće stene imaju
dvostruko manji koeficijent čvrstoće, a najmekše približno isti. Po formuli Barona dobijeni
koeficijenti čvrstoće se stvarno kreću u granicama 0,1 i 20 što nije bio slučaj za koeficijente čvrstoće
dobijene po formuli Protođakonova.
Tabela 6.1. Klasifikacija terena kao radne sredine prema M.M. Protođakonovu.
Kategorija
stena
I
II
III
Stepen
čvrstoće
stena
Izuzetno
čvrste
Vrlo
čvrste
Čvrste
IIIa
Čvrste
IV
Dosta
čvrste
Dosta
čvrste
Umereno
čvrste
Umereno
čvrste
Meke
IVa
V
Va
VI
VIa
Meke
VII
Vrlo meke
VIIa
Vrlo meke
VIII
IX
Zemljaste
Rastresite
X
Tečljive
(kašaste)
Naziv stena koje čine sredinu
Najčvršći, jedri i žilavi kvarciti i bazalti, izuzetno
druge vrste stena (dijabazi, amfiboliti).
Vrlo čvrste sitnozrnaste stene, graniti, kvarcporfiri,
kvarcni škriljci, dioriti, gabri, najčvršći peščari.
Graniti (krupnozrni), andeziti i njima slične stene.
Vrlo čvrsti peščari,
silifikovani krečnjaci,
konglomerati, kvarcne rudne žice, tvrde rude gvožđa.
Masivni krečnjaci, mehanički oštećeni graniti, čvrsti
peščari i mermeri, dolomititi i gnajsevi.
Vapnoviti peščari, mekši krečnjaci, čvršći laporci,
mikašisti, mekše rude (srednje čvrste).
Peskoviti glineni škriljci, škriljasti peščari, filiti,
hloritski škriljci.
Čisti glineni škriljci, mekši peščari i krečnjaci, mekši
konglomerati sa glinenim vezivom, argilošisti.
Mekši škriljci (talkšisti i sericitski), jedri laporci.
Raspadnuti škriljci, vrlo meki krečnjaci, kreda,
kamena so, gipsit, antacit, običan laporac, zdrobljeni
peščari, smrznuta zemlja.
[ljunkovita ilovača, glinovita drobina, konsolidovan i
slabo vezan šljunak, čvrsta suva glina.
Prirodno vlažna glina, čvrst nanos, srednje čvrst
ugalj.
Les, peskovita glina (ilovača), krupan nevezan
šljunak, mekan ugalj.
Oranica, treset, glinovit pesak, peskovit les.
Pesak, osulina, sitan šljunak, nasuta zemlja, iskopan
ugalj.
Vodom zasićen pesak, blatnjavo zemljište, raskvašen
les, mulj.
Koeficijent
čvrstoće (f)
20
15
10
8
6
5
5
3
2
1,5
1
0,8
0,6
0,5
0,3
6.1.2. Klasifikacija N. Barton-a, R. Lien-a i J. Lunde-a (Q sistem)
Klasifikacija N. Barton-a, R. Lien-a i J. Lunde-a se zasniva na analizi izučavanja uslova
izgradnje 200 tunela od kojih je 30 izvedeno bez podgrade. Tuneli su izvedeni u 13 vrsta
244
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
magmatskih stena, 24 vrste metamorfnih stena i 9 vrsta sedimentnih stena. Klasifikacija je
razvijena isključivo za procenu stabilnosti iskopa, a stenske mase su klasifikovane u 38 klasa. Za
svaku od njih date su preporuke za način podgrađivanja. Klasifikacija je zasnovana na
numeričkoj proceni kvaliteta stenske mase ″Q″ upotrebom šest parametara, po formuli:
Q = (RQD/In) ⋅ (Ir / Ia) ⋅ (IW / SRF)
gde su: RQD
- kvalitet stenske mase (Deere, 1963),
- broj familija pukotina,
In
Ir
- indeks hrapavosti pukotina,
- indeks izmena pukotina,
Ia
Iw
- faktor redukcije zbog uticaja vode u pukotinama,
SRF
- faktor redukcije napona.
Prvi količnik u jednačini RQD/In predstavlja veličinu bloka omeđenog pukotinama. Ako u ovaj
količnik unesemo granične vrednosti za parametre RQD i In (100/0,5 i 10/20) i za jedinicu mere
uzmemo santimetar, dobićemo granične veličine blokova od 200 cm i 0,5 cm.
Ukoliko tokom kartiranja jezgra nismo prikupili podatke o dužinama komada jezgra za
sračunavanje RQD-a, ili pak nije izvođeno istražno bušenje; za određivanje ROD-a može se
upotrebiti približna formula koju je dao Palmstron, 1974.
RQD = 115 - 3,3⋅Iv
gde je Iv ukupan broj pukotina u m3 (RQD = 100 za Iv < 4,5.
Drugi količnik Ir/In daje čvrstoću na smicanje između blokova. Utvrđeno je da tg-1(Ir/Ia)°
predstavlja čvrstoću na smicanje duž pukotina. Pri proceni kvaliteta stenske mase treba uzeti odnos
Ir/Ia za familiju pukotina sa najnepovoljnijom orjentacijom.
Treći količnik Iw/SRF predstavlja procenu aktivnih pritisaka. Parametar Iw zavisi od pritiska
vode i količine vode koja dotiče u iskop. Parametar SRF zavisi od broja oslabljenih zona koje
presecaju iskop, mehaničkih svojstava monolita stenske mase i pritiska usled plastičnog tečenja i
bubrenja stenske mase. Numeričke procene parametara datih u jednačini navode se u Tabeli 6.2a6.2f.
Tabela 6.2a. Pokazatelj kvaliteta stenske mase (D. Deere, 1963).
Kvalitet stenske mase
A
Vrlo slaba
B Slaba
V Zadovoljavajuća
G Dobra
D Odlična
(RQD %)
0-25
25-50
50-75
75-90
90-100
Napomena: gde je RQD ≤ 10 (uključujući i 0) za procenu vrednosti kvaliteta stenske mase (Q)
upotrebljena je nominalna vrednost 10.
Tabela 6.2b. Procena kvaliteta stenske mase u zavisnosti od broja familija pukotina (In).
Broj familija pukotina
A Masivna stena, bez ili sa nekoliko slučajnih pukotina
B Jedna familija pukotina
C Jedna familija pukotina + slučajne pukotine
D Dve familije pukotina
E
Dve familije pukotina + slučajne pukotine
F
Tri familije pukotina
G Tri familije pukotina + slučajne pukotine
(In)
0,5-1,0
2,0
3,0
4,0
6,0
9,0
12,0
245
Mehanika stijena i tla – skirpta
H
I
S. Kostić
Četiri ili više familija pukotina sa čestim slučajnim 15,0
pukotinama
Jako ispucale, zdrobljene stene
20,0
Napomena: Na mestima gde se iskopi ukrštaju indeks za broj familija pukotina se uvećava tri
puta (3⋅In), a za portalne delove iskopa dva puta (2⋅In).
Tabela 6.2c. Procena kvaliteta stenske mase u zavisnosti od oblika i hrapavosti pukotina (Ir).
Sa dodirom zidova
pukotina
i
sa
kontaktima
na
rastojanju < 10 cm
Oblik i hrapavost pukotina
A Diskontinualne pukotine
B Hrapave ili nepravilne, talasaste pukotine
C Glatke, talasaste pukotine
D Rasedna ogledala, talasasta
E Hrapave ili nepravilne, ravne pukotine
E Glatke, ravne pukotine
G Rasedna ogledala, ravna
Bez dodira H Glinena ispuna, dovoljne debljine da spreči kontakt
zidova
zidova pukotina
pukotina
U Drobinska ispuna, dovoljne debljine da spreči kontakt
zidova pukotina
(Ir)
4,0
3,0
2,0
1,5
1,5
1,0
0,5
1,0
1,0
Napomena: Ukoliko je srednje rastojanje pukotina u familiji > 3m indeks hrapavosti se povećava
za 1. Za ravna rasedna ogledala sa strijama Ir = 0,5.
Tabela 6.2d. Faktor redukcije zbog uticaja vode
Količine dotoka podzemne vode u iskop
Iw
A Iskop u suvom ili sa manjim lokalni dotokom vode tj. < 5 l/min
B Srednji dotok vode ili pritisak, povremeno ispiranje pukotinskih ispuna
1,00
0,66
Veliki dotok vode ili visok pritisak u ″zdravoj″ steni sa pukotinama bez
ispune
D Veliki dotok vode ili visok pritisak, znatno ispiranje ispuna
0,50
E
0,20
0,10
0,10
0,05
C
F
Izuzetno veliki dotok vode ili hidrostatički pritisak vode u toku
miniranja koji vremenom opada
Izuzetno veliki dotok vode ili hidrostatički pritisak vode koji traje bez
primetnog opadanja
0,33
Pritisak
vode (MPa)
< 0,10
0,100,25
0,251,00
0,251,00
> 1,00
> 1,00
Napomena: Ako se sprovede dreniranje, faktor redukcije zbog uticaja vode treba povećati.
Specifični problemi koji nastaju leđenjem vode nisu analizirani.
246
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Tabela 6.2e. Procena kvaliteta stenske mase u zavisnosti od izmene pukotina (Ia).
Bez dodira
zidova
pukotina
Sa dodirom zidova Sa dodirom zidova pukotina
pukotina
i
sa
kontaktima
na
rastojanju < 10 cm
Vidovi izmena zidova pukotina
A Zalečene pukotine sa ispunom koja je čvrsta (najčešće kvarc i epidot) i
nepropusna
B Neizmenjeni zidovi pukotina, izmenjene samo površine u vidu skrama
C Slabo izmenjeni zidovi pukotina, prevlake su od tvrdih minerala,
peskovitih čestica i ne sadrže minerale glina
D Prašinasta ili peskovito-glinovita prevlaka sa malo čvrste glinovite
frakcije
E Meke glinene prvlake (kaolinit, liskun, hlorit, talk, gips) sa niskim uglom
trenja i malom količinom glina sklonih bubrenju. Prevlake su
diskontinualne, debljine od 1 do 2 mm.
F Sitna peskovita raspadina stena bez glinenih frakcija
G Jako prekonsolidovana, tvrda i kontinualna glinena ispuna, debljine
< 5 mm
H Srednje ili manje prekonsolidovana meka i kontinualna glinena ispuna,
debljine < 5 mm
I Glinena ispuna (montmorionit) sklona bubrenju, kontinualna, debljine < 5
mm. Vrednost Ia zavisi od % glinenih frakcija sklonih bubrenju i sadržaja
vode
J Zona zaglinjene drobine (zdrobljena stena sa glinom). Vidi G, H, i I za
opis svojstava gline
K Zona zaglinjene i muljevite drobine, sa malo tvrdih glinenih frakcija
L Debela kontinualna zona gline. Vidi G, H, i I za opis svojstava gline
(Ia)
0,75
ϕ (°)
-
1,00
2,00
25-35
25-35
3,00
20-25
4,00
8-16°
4,00
6,00
25-30
16-24
8,00
12-16
8-12
6-12
6-8
6-24
8-12
5,00 10-13 6-24
13-20
Čvrste
(kompaktne)
stene,
problemi
sa
podzemnim pritiscima
Oslabljene
(rasedne)
zone
presecaju iskop što može
biti
uzrok
pojava
nestabilnosti
stenskih masa tokom iskopa
tunela
Tabela 6.2f. Faktor redukcije zbog uticaja napona (SRF)
(SRF)
Više rasednih zona koje sadrže glinu ili hemijski izmenjenu stenu, vrlo 10,0
rastrešena (zdruzgana) okolna stena (na svim dubinama)
B Pojedinačne rasedne zona koje sadrže glinu ili hemijski izmenjenu stenu 5,0
(dubina iskopa ≤ 50 m)
C Pojedinačne rasedne zone koje sadrže glinu ili hemijski izmenjenu stenu 2,5
(dubina iskopa > 50 m)
D Više ispucalih zona (bez gline) sa rastrešenom okolnom stenom (na svim 7,5
na dubinama)
E Pojedinačne ispucale zone (bez gline), (dubina iskopa ≤ 50 m)
5,0
F Pojedinačne ispucale zone (bez gline), (dubina iskopa > 50 m)
2,5
G Rastrešene otvorene pukotine, jako zglobljene (na svim dubinama)
5,0
σc - čvrstoća na pritisak,
σc/σ1
σt/σ1
σt - čvrstoća na zatezanje
H Nizak pritisak blizu površine terena
2,5
>200
>13
I
Srednji pritisak
200-10
13-066
1,0
J Visok pritisak, vrlo čvrsta struktura 10-5
0,66-0,33
0,5-2,0
(obično povoljna za stabilnost, možda
nepovoljana za stabilnost zidova)
K Masivna, umereno ispucala stena
5-2,5
0,33-0,16
5-10
L Masivna, jako ispucala stena
10-20
< 2,5
< 0,16
A
247
Mehanika stijena i tla – skirpta
Konsolidovane stene
Stene sklone
bubrenju
M
N
O
P
Umereni podzemni pritisci
Jaki podzemni pritisci
Umereni pritisci usled bubrenja stena
Jaki pritisci usled bubrenja stena
S. Kostić
5-10
10-20
5-10
10-15
Autori su predložili obrazac za određivanje podzemnih pritisaka na osnovu kaliteta stenske mase
″Q″.
1
200 − 3
Pt =
⋅Q
Jr
gde su: Pt
pritisak na podgradu u svodu (kPa),
indeks hrapavosti pukotina,
Ir
Q
kvalitet stenske mase.
Predloženi obrazac je dobijen na osnovu sopstvenih merenja, ali i na osnovu merenja drugih
istraživača, u izvedenim podzemnim iskopima. Ona vredi za slučaj kada su u stenskoj masi
zastupljene tri ili više familija pukotina. Ukoliko je broj familija pukotina u stenskoj masi manji
od tri, podzemni pritisci su manji i određuju se po obrascu:
1
−
200 ⋅ I n
Pt =
⋅Q 3
3I r
gde je: In
broj familija pukotina.
Oba obrasca se koriste za određivanje pritisaka na podgradu svoda. Za određivanje pritiska na
podgradu u bokovima iskopa treba izvršiti korekciju tako što se umesto Q uzima 5Q ukoliko je Q
≥ 10, a 2,5Q ukoliko je 0,1 < Q < 10. Za vrednosti Q < 0,1 dobijaju se isti pritisci na podgradu u
svodu i bokovima. U praksi su moguća manja odstupanja pritisaka od sračunatih.
Na osnovu ispitivanja u 26 podzemnih objekata Barton je došao do zaključka da se podzemni
pritici, izraženi po jedinici površine iskopa, ne povećavaju pri povećanju dimenzija iskopa.
Najčešće vrednosti pritisaka su bile 0,05-0,15 MPa na tavanicama iskopa i 0,03-0,07 MPa na
zidovima iskopa, što su znatno manje vrednosti nego sračunate po formuli koju je predložio
Tercagi.
Kvalitet stenske mase Q povezan je sa dimenzijama iskopa preko tzv. efektivnog prečnika De.
Efektivni prečnik De se dobija podelom visine ili širine iskopa sa koeficijentom zvanim indeks
podgrade ESR (engl. Escavation Support Ratio) čije su vrednosti promenljive i zavise od namene
objekta (Tabela 6.3).
Detaljnom analizom autori su zaključili da je najbolje klasifikovati stenske mase prema
kvalitetu Q i ekvivalentnim dimenzijama iskopa. Tako su stenske mase klasifikovane u 38 klasa
(slika 6.1). Ispod područja sa prikazom klasa 1-38 uočeni su slučajevi iskopa koji su stabilni bez
ikakve podgrade, a iznad područja sa klasama 1-38 su slučajevi iskopa sa trenutnim lomom.
Linearna granica iskopa sa i bez podgrade može se izraziti približnom formulom:
De = 2Q0,4
gde su:
De- najveći raspon / ESR,
Q kvalitet stenske mase.
Za svaku od izdvojenih 38 klasa autori su predložili odgovarajuću stalnu podgradu. Za
privremenu podgradu mogu se uzeti vrednosti De i Q koje će zahtevati redukovanu stalnu
podgradu. Redukcije u podgrađivanju mogu se dobiti povećavanjem vrednosti ESR do 1,5ESR i
povećanjem Q do 5Q. Na taj način na primer, umesto podgrade koja je potrebna za 23 klasu
upotrebiće se podgrada za 18 klasu. Postupak primene klasifikacije N. Barton-a, R. Lien-a i J.
248
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Lunde-a je sledeći: izdvajanje kvazihomogenih zona po ispucalosti, određivanje bodova za šest
klasifikacionih parametara i izračunavanje kvaliteta stenske mase Q, usvajanje koeficijenta ESR,
određivanje klase na osnovu kvaliteta stenske mase Q i ekvivalentne dimenzije De (slika 6.1) i na
kraju određivanje tipa podgrade za dobijenu klasu stene.
Tabela 6.3. Koeficijent ESR tzv. indeks podgrade za podzemne objekte
Vrste iskopa
ESR Broj ispitivanih slučajeva
Privremeni rudarski iskopi
3-5? 2
Vertikalna okna kružnog preseka
2,5? Vertikalna okna kvadratnog ili pravougaonog preseka
83
Stalni rudarski iskopi, hidrotehnički tuneli, pripremni 1,6
rudarski hodnici sa široko-čelnim iskopom
Skladišta, postrojenja za tretman vode, manje značajni 1,3
25
saobraćajni i prilazni tuneli
Podzemne hale hidroelektrana, glavni saobraćajni tuneli, 1,0
79
portali, skloništa
Podzemne nuklearne centrale, železničke stanice, sportski i 0,8? 2
javni objekti, fabrike i dr.
Ekvivalentne dimenzije = širina, visina / ESR (m)
ekstremno lo{a
izrazito
vrlo
lo{a
povoqna
100
50
40
30
20
10
38
35
24
27
5
18
30
2
37
1
0,5
0,4
0,3
0,2
22
26
34
3
33
11
10
9
14
23
31
12
15
19
32
vrlo
dobra
16
20
28
dobra
izraz.
8
7
6
5
izuz.
dobra
4
3
2
1
13
17
21
25
29
36
0,1
0,001
0,01
0,1
0,4
1
Kvalitet stenske mase
4
Q=
10
40
100
400 1000
RQD I r I w
⋅ ⋅
I n I a SRF
Slika 6.1. Prikaz klasa stenskih masa u zavisnosti od kvaliteta Q i ekvivalentnih dimenzija iskopa
De (N. Barton, R. Lien i J. Lunde, 1974).
249
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
1.3. Geomehanička klasifikacija stenskih masa – RMR sistem (Bieniawski, Z. T.,
1984)
Klasifikacija Bieniawskog ili, kako se još naziva, geomehanička klasifikacija ili RMR sistem
razvijena je 1974. godine za rešavanje inženjerskih problema u tunelogradnji. Zasnovana je na
oceni i bodovanju nekoliko geoloških obeležja - parametara: jednoaksijalne čvrstoće na pritisak,
indeksa kvaliteta stenske mase prema D. Diru (RQD), rastojanja između pukotina, orijentacije
pukotina u odnosu na osu tunela, stanja pukotina i stanja podzemne vode.
Nakon što se izvrši zoniranje stenske mase duž ose tunela, tj. izdvajanje kvazihomogenih zona
u kojima su navedeni parametri približno isti, pristupa se oceni svakog parametra ponaosob za
svaku zonu. Usvajaju se srednje, a ne minimalne vrednosti parametara, s obzirom na to da
klasifikacija već sadrži određen stepen sigurnosti. Na osnovu ovako procenjenih parametara se
uz pomoć tabele 6.7 određuju bodovi za svaki parametar posebno. Zbirni broj bodova svrstava
stensku masu u jednu od pet kategorija.
U tabeli 6.4 dat je pregled dužine napredovanja koja omogućava stabilan iskop i odgovarajući
sistem podgrađivanja, u zavisnosti od kategorije stenske mase, za sledeće uslove: oblik –
potkovičast, širina 6-10 m, vertikalni pritisak manji od 25 MPa i iskop miniranjem.
Tabela 6.4. Geomehanička klasifikacija stenskih masa - RMR sistem (Bieniawski, Z. T., 1974.)
A. PARAMETRI ZA KLASIFIKACIJU STENSKIH MASA I NJIHOVA OCENA
Parametri
Vrednosti
1. Čvrstoć Tačkasta
4-10
2-4
1-2
> 10
a stena
(MPa)
Jednoos
Za
na
neokamenje
250-100
100-50
50-25
> 250
(MPa)
ne stene
25-5 5-1 < 1
Ocena, poeni15
12
7
4
2
1 0
bodovi
2. Kvalitet
jezgra
90-100
75-90
50-75
25-50
< 25
RQD (%)
Ocena, poeni 20
17
13
8
3
bodovi
3. Rastojanje između
0,6-2
0,6-0,2
0,06-0,02
>2
<0,06
pukotina (m)
Ocena, poeni 20
15
10
8
5
bodovi
4. Svojstva pukotina
Vrlo
Neznatno Neznatno Glatke
Meka
hrapave
hrapave
hrapave
površine,
ispuna
površine,
površine,
površine,
ispuna < 5
debljine > 5
prekidne,
zev <
zev <
mm, zev od m m, zev >
stisnute,
1mm,
1mm,
1-5 mm,
5 mm,
sveži zidovi. slabo
raspadnuti neprekidne. neprekidne.
raspadnuti zidovi.
zidovi.
250
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Podzemne vode
Ocena, poeni 30
25
20
10
0
bodovi
5.
Priliv vode na
10 m dužine
Nema
10-25
25-125
< 10
> 125
tunela (l/min)
Odnos pritiska
vode u
pukotinama i
0
0,00-0,10 0,10-0,20
0,20-0,50
> 0,50
glavnog
napona
Opšti uslovi
Suvo
Vlažno
Mokro
Kaplje
Teče
Ocena, poeni 15
10
7
4
0
bodovi
6. Azimut pada i
Vrlo
Vrlo
Povoljni
Dobri
Nepovoljni
padni ugao
povoljni
nepovoljni
Ocena, Tuneli
0
-2
-5
-10
-12
poeni - Temelji
0
-2
-7
-15
-25
bodovi Kosine
0
-5
-25
-50
-60
B. KATEGORIJE STENSKIH MASA PREMA UKUPNOM BROJU POENA
Poeni - bodovi
100-81
80-61
60-41
40-21
< 21
Kategorije
I
II
III
IV
V
Opis
Vrlo dobra
Dobra
Povoljna
Slaba
Vrlo slaba
V. GEOTEHNIČKA SVOJSTVA KATEGORIJA STENSKIH MASA
Kategorije
I
II
II
IV
V
Prosečno vreme
10 godina za 6 meseci
7 dana za
10 sati za
30 minuta
stabilnosti
raspon od 15 za raspon
raspon od raspon od
za raspon
nepodgrađene
m
od 8 m
5m
2,5 m
od 1 m
prostorije
Kohezija (KPa)
300-400
200-300
100-200
> 400
< 100
35-45
25-35
15-25
Ugao trenja (°)
> 45
< 25
Za bodovanje uticaja svojstava pukotina koristi se pomoćna tabela 6.5, a za bodovanje uticaja
orijentacije pukotina tabela 6.6.
Tabela 6.5. Vodič za bodovanje svojstava pukotina (tačka 4. u Tabeli 6.4)
Parametar
Bodovi
1. Dužina pukotina (m)
1-3
3-10
10-20
<1
Ocena, poeni 6
4
2
1
bodovi
2. Zev (mm)
Zatvorene
0,1-1,0
1,0-5,0
< 0,1
Ocena, poeni 6
5
4
1
bodovi
3. Hrapavost
Vrlo
Blago
Hrapave
Glatke
hrapave
hrapave
Ocena, poeni 6
5
3
1
bodovi
> 20
0
> 5,0
0
Uglačane
0
251
Mehanika stijena i tla – skirpta
4.
Ispuna (mm)
Ocena, poeni bodovi
5. Rastrošenost zidova
pukotine
Ocena, poeni bodovi
S. Kostić
Nema
Tvrda
<5
> 5,0
<5
Meka
> 5,0
6
5
3
1
0
Sveži
Blago
rastrošeni
Srednje
rastrošeni
Izuzetno
rastrošeni
Raspadnuti
6
5
3
1
0
Tabela 6.6. Vodič za bodovanje uticaja orijentacije pukotina na podzemne prostorije (tačka 6 u
Tabeli 6.4)
Pružanje pukotina
Pružanje pukotina upravno na osu tunela
paralelno sa osom
tunela
Nagib od
Iskop u suprotnom
Iskop u smeru
Pružanje i
0-20° bez
smeru od pada
Nagib
pad pukotina pada pukotina
obzira na
pukotina
Nagib od
od
pružanje
od 20Nagib
Nagib
45-90°
Nagib od Nagib od
od
od
45°
45-90°
20-45°
45-90° 20-45°
Vrlo
Vrlo
Stepen
Povoljn
Nepovoljn
Nepovolj
povoljn
Dobro
nepovoljn Dobro
povoljnosti
o
o
no
o
o
Za određivanje vremena stabilnosti nepodgrađenog iskopa u funkciji dužine iskopa služi
dijagram dat na slici 6.2.
1dan
NEPODGRAĐENI RASPON
(m)
20
1ned. 1mes.
10 god.
80
RMR
60
TRENUTNI
SLOM
10
1god.
40
6
4
80
60
20
2
40
NE ZAHTEVA
SE PODGRADA
Legenda:
1
Primeri obrušavanja svodova podzemnih prostorija u rudarskoj praksi
20
0.1
1.0
RMR min.
Primeri obrušavanja svodova podzemnih prostorija u tunelogradnji
10
102
103
104
105
VREME ZA KOJE JE NEPODGRAĐENA STENSKA MASA STABILNA (h)
Slika 6.2. Dijagram vremena stabilnosti nepodgrađenog iskopa u funkciji dužine iskopa prema
geomehaničkoj klasifikaciji stenskih masa (Bieniawski, Z. T., 1984).
252
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Tabela 6.7. Pregled radova na iskopu i podgrađivanju u zavisnosti od kategorije stenske mase po
geomehaničkoj klasifikaciji stenskih masa – RMR sistemu
Kategorija
Vrsta podgradne konstrukcije i parametri ugradnje.
stenske
Sidro (∅ 20 mm,
Iskop
mase
Torkret
Čelični okvir
atheziono)
(RMR)
I
Ceo
profil, U ovim stenskim masama nije potrebna podgrada, osim
lokalnog pojedinačnog sidrenja.
Vrlo dobra napredovanje 3 m.
stena
RMR: 81100
Ceo
profil, Lokalno sidrenje 50 mm na svodu, Nije potrebno.
napredovanje od 1,5-3 u svodu dužine 3 gde je potrebno.
II
m.
Nepodgrađeno m na razmaku od
Dobra stena
m
uz
najviše 20 m od čela 2,5
RMR: 61mestimičnu
iskopa.
80
primenu čelične
mreže.
Iskop po fazama, Sistematsko
50-100 mm na Nije potrebno.
napredovanje od 1,5-3 sidrenje u svodu i svodu i 30 mm
III
m
u
svodu. bokovima dužine na bokovima.
Povoljna
Podgrađivati
nakon 4 m na razmaku
stena
svakog napredovanja od 1,5-2 m.
RMR: 41iskopa. Nepodgrađeno Obavezna
je
60
najviše 10 m.
primena čelične
mreže.
100-150 mm na Laki do srednji
Napredovanje od 1-1,5 Sistematsko
m
u
svodu. sidrenje u svodu i svodu i 100 mm okviri,
na
mestima gde je
IV
Postavljanje podgrade bokovima dužine na bokovima.
Loša stena istovremeno
sa 5 m na razmaku
potrebno,
na
razmaku od 1,5
RMR: 21- iskopom.
od 1-1,5 m.
40
Obavezna
je
m.
primena čelične
mreže
Iskop sa više čela. Sistematsko
150-200 mm na Srednji do teški
Napredovanje od 0,5- sidrenje u svodu i svodu i 150 mm okviri
na
1,5 m. Postavljanje bokovima dužine na bokovima.
razmaku od 0,75
V
podgrade istovremno 5-6
m
na
m, sa dobro
Vrlo loša sa
iskopom,
uz razmaku od 1-1,5
založenim
stena
obavezno torkretiranje m.
Sidriti
i
svodom
i
nakon
miniranja.
podnoži
č
ni
svod.
bokovima.
RMR: < 20
Ovavezna
je
Zatvoren
primena čelične
podnožni svod.
mreže.
253
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
Istraživanja koja su izveli Bieniawaski i drugi istraživači pokazala su da je podgradna
konstrukcija tunela projektovana na osnovu Q klasifikacije smelija i sa nešto većim rizikom u
odnosu na RMR klasifikaciju. Razlog ovog leži u činjenici da je Q klasifikacija zasnovana na
rezultatima osmatranja ponašanja tunela u stenama znatno boljih svojstava (graniti
Skandinavije).
Na osnovu velikog broja ispitanih slučajeva Bieniawaski je ustanovio vezu između indeksa
kvaliteta stenske mase dobijenih preko RMR i Q klasifikacije, koju je prikazao sledećim
izrazom: RMR = 9lnQ + 44.
Osnovni nedostatak navedenih klasifikacija jeste činjenica da su one zasnovane na iskustvu
stečenom pri izgradnji tunela, pa se pretpostavlja da će se i budući tuneli i podzemne prostorije
ponašati na isti ili sličan način. Ovaj nedostatak se, uglavnom, anulira primenom savremene
tehnologije kojom se iskop izvodi uz manja rastresanja i oštećenja stenske mase.
2. Izvođenje zemljanih radova u pojedinim vrstama stenskih masa
Izbor lokacije za izgradnju pojedinih vrsta vojnih objekata zavisi prvenstveno od taktičke
situacije, ali i od geološke građe terena. Ukoliko postoji taktička mogućnost da se mesto za vojne
objekte bira onda pored ostalog treba voditi računa o geološkoj građi terena, posebno ako ti objekti
trebaju da budu dugotrajni. Od geoloških faktora na izgradnju objekata prevashodno utiču:
inženjerskogeološka svojstva (pre svega stabilnost terena), hidrogeološka svojstva (postajanje izdani
i mogućnost prodiranja vode iz nje u objekte), fizičko-mehanička svojstva stena (stišljivost,
vlažnost, lepljivost, vodopropustljivost, provetrivost, čvrstoća, žilavost i dr.) i tehnološka svojstva
stena (drobljivost, bušivost, razorivost eksplozivom i dr.). Na osnovu poznavanja geološke građe
terena i navedenih svojstava stena i svojstava terena kao radne sredine može se odrediti vrsta alata i
prognozirati vreme trajanja radova.
Izgradnja objekata u vulkanitima nije laka i bez teškoća iako su to čvrste kamenite stene. Među
vulkanitima Srbije najzastupljeniji su andeziti i dacito-andeziti. Oni čine tri četvrtine svih vulkanita.
Uslovi za rad mogu biti dosta promenljivi čak i u istoj vrsti stene. Oni zavise, pre svega, od
prostornog položaja, lučenja ispucalosti, svežine i površinske raspadnutosti. Naime, daciti i andeziti
su često, u fazi orudnjenja, izmenjeni termalnim vodama, pri čemu je čvrsta stenska masa
pretvorena u trošnu masu. Osim toga, delovanjem procesa fizičko-hemijskog raspadanja stvorena je
kora površinskog raspadanja debljine i do nekoliko metara. Nju čini andezitski grus sa kaolinisanim
feldspatima i izbeljenim bojenim mineralima.
Izvođenje useka i zaseka, temeljnih jama i drugih površinskih iskopa u terenu je lakše od
izvođenja tunela i drugih podzemnih objekata. Međutim, problemi se mogu javiti pri trasiranju
puteva na padinama jer se zasecanjima mogu izazvati klizišta u kori površinskog raspadanja.
Izgradnja podzemnih objekata u vulkanitima pruža dovoljno sigurnosti za rad bez: podgrade, pojave
većih podzemnih pritisaka, većih količina podzemnih voda i štetnih gasova. Problemi se mogu javiti
samo duž rasednih zona gde je stenska masa smrvljena.
Tufovi su povoljna sredina za izgradnju podzemnih objekata, jer je u njima iskop relativno lak i
najčešće bez suvišnog profila, a dovoljno su čvrsti da se drže nepodgrađeni pri iskopu širih profila.
Na slici 6.3 dat je inženjerskogeološki plan sa presecima terena podzemog objekta sagrađenog u
trahitima.
Uslovi izgradnje objekata u plutonitima mogu da budu različiti u zavisnosti, pre svega, od
ispucalosti i raspadnutosti stenske mase tj. da li se radovi izvode u svežoj - monolitnoj steni,
delimično izmenjenoj - ispucaloj steni, jače izmenjenoj - zdrobljenoj steni ili potpuno izmenjenoj
254
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
- glinovitoj zemljastoj steni. No ipak, plutoniti su, najčešće, povoljna sredina za izvođenje različitih
površinskih i podzemnih radova.
Kosine useka i zaseka u svežim kompaktnim plutonitima mogu biti vertikalne, pa čak i
podsečene. Ukoliko su oni ispucali i raspadnuti, nagibi kosina će zavisiti od prostornog položaja
pukotina. Veće teškoće se mogu očekivati u površinski raspadnutim plutonitima. Kora površinskog
raspadanja može da bude debela i do 10 m, a izmene duž pukotina i prslina i do 30 m. U kori
površinskog raspadanja je formirana plitka izdan koja se može lako i brzo drenirati tako da izvedeni
objekti u njoj mogu biti potpuno suvi. Takođe, prisustvo velikih blokova u njoj otežava uslove rada,
ali i stabilnost iskopa. Vrlo često, u vlažnom grusu, oni se mogu pod sopstvenom težinom pokrenuti
i zatrpati iskop. Najnepovoljniji uslovi za rad su na kontaktu raspadnute i sveže stene zbog
redovnog prisustva podzemne vode naročito u vreme otapanja snega i posle obilnih padavina.
Ukoliko je moguće ovakve zone treba izbeći. U svežim plutonitima radovi su spori, ali je stabilnost
podzemne prostorije dobra. U njima se mogu izvoditi podzemne prostorije velikog profila
(skloništa, hangari, magacini, utvrđenja i drugi vojni objekti). Podgrađivanje tih prostorija je
nepotrebno. Problemi se mogu javiti duž rasednih zona gde može doći do pojave podzemnih voda i
većih pritisaka kada je obavezno podgrađivanje i obziđivanje tih delova.
Peridotiti i serpentiniti su uglavnom nepovoljni za izvođenje zemljanih radova. Izgradnja
objekata u ovim stenama zavisi od njihove raspadnutosti i ispucalosti. Naši serpentiniti (zapadna
Srbija i stara Raška) u površinskom delu su jako polomljeni i izdeljeni mrežom pukotina i prslina.
Debljina ove zone jako varira. Najveća je kod onih masa koje su bile izložene pritiscima i
kretanjima. Zemljasta raspadina je veoma tanka, a u agropedološkom pogledu je najneplodnije
zemljište. Zbog toga se ogoljeni tereni izgrađeni od ovih stena teško pošumljavaju.
Pri izvođenju zaseka i drugih površinskih iskopa glavne teškoće nastaju usled ispucalosti i
nepostojanosti serpentinita na delovanje mraza. Strme kosine saobraćajnica u ovim stenama se ne
smeju izvoditi jer može doći do pojave odronjavanja. Kod izvođenja podzemnih prostorija teškoće
se javljaju uglavnom zbog guste mreže pukotina usled čega dolazi do ispadanja blokova, a samim
tim i do većeg suvišnog profila. Ispadanje blokova, u nepodgrađenim podzemnim prostorijama,
može se javiti i nakon nekoliko meseci posle njihovog izvođenja. Čak i kada se pažljivo izvode
podzemni radovi suvišan profil u ovim stenskim masama može iznositi od 20 do 50%. Radi
postizanja potrebne sigurnosti od bombardovanja podzemne objekte treba izvesti dublje u masu
(više nego kod plutonita) obzirom da su serpentiniti polomljeni i krti pa je efekat eksplozije tj.
potresa veći.
Kristalasti škriljci višeg kristaliniteta su uglavnom nepovoljni za izvođenje zemljanih radova.
Glavne teškoće dolaze zbog ubranosti i polomljenosti ovih stena i debele kore površinskog
raspadanja. To je posledica starosti ovih stena. Naime, kristalasti škriljci višeg kristaliniteta su
geološki najstarije stene u našoj zemlji. Kora površinskog raspadanja, u njima, često iznosi
nekoliko, a ponekad i do 20 m. NJu čini krupna drobina kvarcnih žica, sitna drobina gnajsa i
mermera i ljuspasta drobina mikašista i drugih škriljaca. Podložna je spiranju i kliženju. Lako je
ocedljiva, pa se klizišta formirana u njoj mogu uspešno sanirati dreniranjem.
Kosine saobraćajnica u kori površinskog raspadanja ovih stenskih masa se moraju ublažavati do
nagiba 1:1 tj. do ugla prirodnog nagiba zemljaste raspadine. U svežim delovima ovih stena nagibi
kosina mogu biti i strmiji. Kod izvođenja podzemnih objekata uslovi su povoljniji sem u delovima
koji su jače ispucali. U tim delovima redovna je pojava suvišnog profila koji iznosi od 20 do 30%, a
u jače oštećenim-rasednim zonama i do 50%. Pri izvođenju radova, sveži gnajsevi se ponašaju
slično granitima, a mermeri slično krečnjacima.
255
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
a)
A
K2
τ
τ
B′
Se
τ
A′
b)
A - A′
K2
τ
B - B′
Se
τ
Se
Slika 6.3. Inženjerskogeološki plan na koti 285 mnv. sa rasporedom skladišnih galerija (a) i
presecima terena (b): τ - trahiti, K2 - peščari, glinci i konglomerati, Se - serpentiniti, rasedi
Izvođenje radova u kristalastim škriljcima nižeg kristaliniteta je relativno lako i brzo. Zbog
debele kore površinskog raspadanja pri izvođenju zemljanih radova teškoće se javljaju sa pojavom
kliženja čak i u blažim padinama. Zbog toga se kosine useka i zaseka ne izvode sa strmim nagibima.
Da bi se obezbedila dugotrajna stabilnost istih obavezno je izvođenje potpornih konstrukcija.
Dreniranje raspadine je teško izvodljivo zbog njenog glinovitog sastava. Kod izvođenja podzemnih
objekata u suvom radovi relativno brzo napreduju i bez većih problema. Ukoliko su škriljci
raskvašeni javljaju se veći problemi. Zbog toga je podgrađivanje podzemnih prostorija obavezno, a
oblaganje neophodno. Sa povećanjem dimenzija podzemnih prostorija teškoće se obično
povećavaju. Najveće teškoće se javljaju u tektonski oštećenim škriljcima. Na primer, pri izgradnji
trezora Narodne banke (muzej Narodne revolucije) u Užicu, u tektonski polomljenim i raskvašenim
256
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
filitima i argilošistima, usled velikih podzemnih pritisaka lako je pucala i najjača podgrada
(prečnika preko 0,5 m), a kasnije, po izgradnji, delom i kamena obzida.
Uslovi za rad u karbonatnim stenama su obično povoljni. Izvođenje useka i zaseka izvodi se
relativno lako uz zadovoljavajući učinak mina i dobru stabilnost kosina. Problemi se mogu javiti u
jače ispucalim stenama i to pre svega u dolomitima. U terenima izgrađenim od karbonatnih stena pri
izvođenju saobraćajnica na padinama problemi mogu nastati pri njihovom provođenju preko sipara.
Karbonatne stene su zahvalna sredina za izvođenje podzemnih objekata. Povoljniji su krečnjaci i
mermeri od dolomita. Problemi se mogu javiti u zonama velike tektonske polomljenosti (rasedi i
rasedne zone), duž kojih može doći do iznenadnih prodora većih količina podzemnih voda i
raskvašene crvenice. Pojava suvišnog profila zavisi od ispucalosti. Jače ispucale karbonatne stene
mogu imati suvišan profil i do 30%. Često nije potrebna podgrada tokom izvođenja objekta, a
nekada ni obloga. Najveći broj podzemnih objekata sagrađen je u krečnjacima. Najveći objekti
sagrađeni u krečnjacima na teritoriji prethodne Jugoslavije su podzemne mašinske hale: HE ″Dubrovnik″ (95 x 16 m i visine 35,5 m, do koje se dolazi tunelom dugim 520 m) i PHE -″Čapljina″
(98 x 23 m i visine 75 m, od toga 50 m ispod nivoa mora, do koje se dolazi tunelom dugim 636 m).
Radi ilustracije u ovoj poslednjoj je moguće smestiti zgradu od 25 spratova.
Tereni izgrađeni od stena dijabazrožne formacije su izrazito nepovoljni za izgradnju kako
površinskih tako i podzemnih objekata. Razlog tome su pre svega: izrazita litološka heterogenost
(često i nepravilno smenjivanje čvršćih stena - rožnaca, dijabaza, peščara i krečnjaka, sa manje
čvršćim stenama – glincima, glinenim škriljcima i laporcima), tektonska oštećenost, debela kora
površinskog raspadanja i raskvašenost. Padine u ovim terenima su izrazito nestabilne tako da svako
zasecanje i usecanje dovodi do pojave kliženja. Klizišta su vrlo duboka, a kliženje može da zahvati
čitave padine sve do lokalne vododelnice. Zbog toga radove u ovim terenima treba izvoditi pažljivo.
Kosine iskopa treba ublažavati i zaštititi potpornim konstrukcijama. Saniranje klizišta u ovim
terenima je izuzetno složen i težak zadatak.
Pri izvođenju svih vrsta zemljanih radova naročite teškoće zadaju usamljeni blokovi krečnjaka,
peščara i rožnaca, kao i kugle dijabaza. Ti blokovi skoro uvek ispadaju tokom iskopa stvarajući
neželjene nagibe kosina i veliki suvišan profil kod podzemnih objekata. Zbog toga je izgradnja
podzemnih objekata u ovim terenima izuzetno teška i skopčana je sa pojavom velikih podzemnih
pritisaka i suvišnog profila. Podgrađivanje i oblaganje podzemnih prostorija je obavezno.
Uslovi za rad u terenima izgrađenim od fliša i flišolikih sedimenata jako variraju. To je rezultat
geneze fliša tj. čestom smenjivanju laporaca, peščara, krečnjaka i glinaca. Zbog debele kore
površinskog raspadanja u terenima izgrađenim od ovih stenskih masa česte su pojave kliženja.
Kosine useka i zaseka treba izvoditi u blažem nagibu i obavezno ih zaštititi. Kod izvođenja
podzemnih prostorija posebnu pažnju treba posvetiti mikrolociranju objekta. Bolje je objekat
smestiti u krečnjacima i peščarima nego u glincima i laporcima. Suvišan profil u ovim sedimentima
može da iznosi i do 20%, pa čak i do 50%. Pri izvođenju radova obavezno je podgrađivanje i
oblaganje objekta.
Uslovi za rad u terenima izgrađenim od lesa su uglavnom dobri. Suv les predstavlja pogodnu
sredinu za izgradnju objekata. Usecanje u lesu je moguće ručnim alatom (lopata i ašov) pri čemu se
1m3 može iskopati za 0,5 do 1,5 sati. Kopanje useka, zaseka i rovova u prirodno vlažnom lesu je
najlakši zemljani rad. Nagibi kosina su stabilni čak i u vertikalnom položaju. No i pored toga njih
treba ublažavati (oko 2 : 1). Da bi kosine duže ostale stabilne, zbog delovanja kišnice, treba ih
vegetirati. Streljački i drugi zakloni u lesu se izvode lako i brzo. Obzirom da se les dobro i lako
drenira problemi sa podzemnim vodama ne postoje. Povoljne uslove za podzemnu izgradnju
pružaju debele naslage lesa. Moguće je izvoditi prostorije različitih dimenzija i namene bez
257
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
suvišnog profila. Manje podzemne prostorije se mogu izvoditi bez podgrađivanja. U tim
prostorijama je dobra provetrivost i stalna temperatura pa su pogodne za skloništa i skladišta
namirnica. Vlažan les nasuprot suvom ima lošija svojstva pa je izvođenje objekata u njemu znatno
teže. Iz tih razloga ne sme se ni suv les ugrađivati u zemljane objekte (nasipi puteva i pruga) koji će
doći u dodir sa vodom (poplavni i podbarni tereni). Kanale u lesu treba izvoditi sa blažim nagibima
kosina i malim podužnim nagibom. Naime, kada vlažnost u lesu dostigne vrednost 18-23% dolazi
do pogoršavanja svojstava lesa što se odražava na stabilnost kosina, a pri jačem raskvašavanju, pri
punjenju kanala, nagibi kosina se svode na samo 20-25°. Takođe usled raskvašavanja lesa dolazi do
sleganja kanala i to 3-4 dana nakon punjenja kanala.
Uslovi za rad u terenima izgrađenim od glina i glinenih stena zavise od vlažnosti ovih stena.
Najveći efekat postiže se u prirodnom stanju vlažnosti. Ukoliko su glinene stene suve efekat rada je
nešto manji. Najnepovoljniji uslovi za rad su u raskvašenim i plastičnim glinama. Uopšte rad u
glinama je daleko lakši nego u svim ostalim stenama, ali se istovremeno u njima nailazi najčešće na
velike i nepredvidive teškoće. U površinskom delu tj. kori raspadanja ovih stena redovno je prisutna
voda koja ometa radove, dok u dubljim delovima nema vode. Izvođenje streljačkih zaklona u
glinenim stenama je brzo i lako, ali se mogu javiti problemi sa vodama u površinskom sloju. Kod
zaklona na padini moguće je sprovesti prirodno dreniranje, dok je u ravnici to nemoguće.
Rad u glinenim stenama moguće je izvoditi ručnim alatom (lopata, ašov i kramp). Useke i zaseke
u glinenim stenama treba izvoditi sa blažim nagibima. Najpovoljnije je ako su kosine konkavnog
oblika. Obzirom na pogoršavanje svojstava glinenih stena u dodiru sa vodom radove u njima treba
vršiti u suvom periodu godine. Čak i u blagim padinama (ispod 10°) izgrađenim od glinenih stena
dolazi do formiranja klizišta. Glinene stene su nepovoljna sredina za izgradnju podzemnih objekata.
Problemi se javljaju pri njihovom raskvašavanju. Podzemni pritisci mogu da iznose i do 1,5 MPa.
Zbog toga podzemne prostorije treba podgrađivati jakom i gustom podgradom i obavezno ih
oblagati ojačanom oblogom.
Orjentacione vrednosti nagiba prirodnih kosina useka u homogenom glinovitom tlu, u zavisnosti
od visine, date su u Tabeli 6.8, a orijentacione vrednosti nagiba nasipa u zavisnosti od njegove visine
date su u Tabeli 6.9.
Uslovi za rad u terenima izgrađenim od šljunkovito peskovitih sedimentima su dosta povoljni,
jer se u njima može lako raditi ručnim alatom i mašinski. Iskop mogu otežavati krupniji šljunak i
oblutice, kao i slabije vezani konglomerati i peščari starijih rečnih terasa. Problemi se mogu
javiti kod aluvijalnih peskovito-šljunkovitih sedimenata koji su često zasićeni vodom, pa se tada
radovi moraju izvoditi podvodno. U njima su obrazovane plitke izdani zbijene strukture, sa
dubinom do nivoa izdani od 0,5-6 m. Uz korita velikih reka ovi tereni mogu biti i zamočvareni,
jer su aluvijalni šljunkovito-peskoviti sedimenti često prekriveni tanjim ili debljim zastorom
ilovače.
Pri izvođenju rovova u šljunkovito peskovitim sedimentima nagib kosina mora biti manji ili
blizak uglu prirodnog nagiba koji za šljunak iznosi oko 40°, a za suv pesak oko 30-35°, i vlažan
oko 25°. Pri kopanju rovova do 2 m dubine nagib kosina u šljunku treba da bude 1 : 1, a u pesku
3 : 1 do 4 : 1 kako bi bili stabilni bez podgrađivanja. Dublji rovovi se moraju podgrađivati. Pri
kopanju bunara problemi se mogu javiti sa ispadanjem krupnijih oblutica. Bušenje je teže i sporije
od kopanja, a upotreba zaštitnih kolona je obavezna.
Izvođenje podzemnih radova u šljunkovitim terasama i drugim fluvijalnim sedimentima je
otežano. Redovna je pojava velikih podzemnih pritisaka i prenošenje deformacija skoro do površine
terena. Velike teškoće zadaju i podzemne vode koje su akumulirane u ovim sedimentima. Takođe,
probleme mogu da pričinjavaju vlažni peskovi i peščana prašina, koji vrlo lako mogu da iz
258
Mehanika stijena i tla – skirpta
S. Kostić
raskvašenog pređu u tečljivo stanje. Orijentacione vrednosti nagiba kosina za nevezana tla, do kojih
se došlo na osnovu saznanja i iskustva, date su u Tabeli 6.10. Usvajanje strmijih nagiba moguće je
ako je dokazana relativna zbijenost veća od 70 % i ako su zrna oštrougaonog oblika.
Tabela 6.8. Orijentacione vrednosti nagiba prirodnih kosina useka u zavisnosti od njihove visine u
mekim stenama za Ic > 0,75.
Vrsta tla
Prašina
Glinovita prašina
Prašinasta glina
Glina
Visina kosine (m)
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
Nagib kosine (1 : n)
1 : 1.5
1 : 1.6
1 : 1.8
1 : 1.9
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.6
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.7
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 1.5
Tabela 6.9. Orjentacione vrednosti nagiba nasipa u zavisnosti od njegove visine u mekim
stenama za Ic > 0,75.
Vrsta tla
Prašina
Glinovita prašina
Prašinasta glina
Glina
Visina kosine (m)
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
0-3
3-6
6-9
9-12
Nagib kosine (1 : n)
1 : 1.6
1 : 2.0
1 : 2.2
1 : 2.3
1 : 1.5
1 : 1.6
1 : 1.8
1 : 1.9
1 : 1.5
1 : 1.7
1 : 2.1
1 : 2.4
1 : 1.5
1 : 1.5
1 : 2.6
1: 3.2
Tabela 6.10. Orijentacione vrednosti nagiba kosina za nevezana tla.
Vrsta tla
Fini pesak
Grubi pesak
Pesak sa šljunkom
Flotacijska jalovina
Pepeo
Nagib kosine (1 : n)
1:2
1 : 1.7
1 : 1.5
1 : 2.5- 1 : 4
1 : 3.5- 1 : 4.5
259
Download

TEREN KAO RADNA SREDINA