1

Održavanje pokosa kosina iskopanih u mekoj stijeni

Maintenance of Slope Surfaces Excavated in Soft Rock

Predrag Miščević1, Goran Vlastelica

2, Daša Salvezani

3

1,2,3Sveučilište u Splitu, Fakultet građevinarstva, arhitekture i geodezije, Matice hrvatske 15, Split

E-mail: 1predrag.miscevic@gradst.hr;

2goran.vlastelica@ gradst.hr;

3dasa.salvezani@ gradst.hr

Sažetak. Neposredno nakon iskopa meke stijene imaju dostatnu čvrstoću da se i gotovo vertikalni zasjeci u njima

mogu proračunski dokazati stabilnim. Međutim kada se te površine ostave djelovanju okoline kao što su: sušenje

uslijed djelovanja sunca, vlaženje nakon oborina, grijanje i hlađenje, zamrzavanje i odmrzavanje, na njima se

počinje razvijati proces rastrošbe (eng. "weathering"). Posljedica procesa rastrošbe je promjena čvrstoće meke

stijene, koja se očituje u kontinuiranoj eroziji površine pokosa ali i pojavi klizišta i odrona blokova. Oba procesa

ugrožavaju funkcionalnost objekata koji se nalaze u podnožju takvih kosina, te se javlja problem kontinuiranog

održavanja. U praksi se ovaj problem rješava po inerciji na način da se ukloni pokrenuti materijal. Međutim, s

ovakvim pristupom otvara se mogućnost daljnjeg pokretanja čak i veće mase materijala, pa je tako na primjer

dionica Jadranske magistrale Split-Omiš u zadnjih desetak godina u više navrata bila zatvorena zbog klizanja veće

mase na kosinama iskopanim u flišu. Kako onda definirati postupak održavanja pokosa u mekim stijenama? U tim

materijalima ključno je spoznati problem procesa rastrošbe, te već u projektiranju predvidjeti rješenja koja će

onemogućiti razvoj rastrošbe na pokosima. Minimalne troškove održavanja najjednostavnije je postići upotrebom

projektnih rješenja koja onemogućuju razvoj procesa rastrošbe. Moguća rješenja su: oblikovanje kosine s blažim

nagibom pokosa, tretiranje postupkom koji će omogućiti razvoj vegetacije na površini, te "zatvaranje" površine

pokosa s rješenjem koje će onemogućiti sušenje i vlaženje materijala kao što je lapor. U radu se prikazuju primjeri

mogućih rješenja zaštite pokosa sa svrhom zaustavljanja procesa rastrošbe, te komentiraju njihove prednosti i

nedostaci.

Ključne riječi: rastrošba, meka stijena, kosina, održavanje

Abstract. After excavation, material classified as soft rock has enough strength that the almost vertical cuts made

in it can be verified with calculation as stable. However, if the cut is exposed to environmental effects such as

drying and wetting (influence of sun and rain), heating and cooling, freezing and thawing, a weathering process

starts to develop on the surface of the cut. Weathering causes a quick degradation of strength of the soft rock which

manifests as a constant erosion of the slope surface and/or development of slides or rockfalls. Both processes

jeopardize the functionality of facilities located at the bottom of the slope, therefore additional maintenance

appears as a new problem. Usual maintenance approach is to remove the eroded material accumulated at the slope

bottom. Nevertheless, as it can be observed from everyday practice, when this approach is used over a longer time

period larger amount of material can start to move and effect serviceability of the road or even complete closure.

As an example, the cuts on the Adriatic coastal road Split-Omiš can be observed. This road has been closed several

times in the last decade by larger slides and rockfalls in flysch rock mass. So the question is how to properly define

maintenance of slopes excavated in material such as these according to previously mentioned problems?

Recognizing the problem of weathering in soft rock is of the utmost importance, only then the implementation of

proper design solutions that prevent weathering of the cuts can be found. Minimum cost of maintenance can be

achieved only with solutions that prevent the development of weathering process. Possible solutions are: choosing

the appropriate slope dip, covering the slope surface with construction materials that enable the growth of a

vegetation cover, or covering the slope surface with construction materials that will prevent wetting and drying of

the surface of the cut. In this paper examples of surface protection measures are presented and their advantages and

disadvantages discussed.

Key words: weathering, soft rock, slope, maintenance

1 Uvod

Na kosinama iskopanim u mekim stijenama (eng.

"soft rock") vrlo često se u razdoblju korištenja tih

konstrukcija javljaju procesi degradacije površine i

lokalna klizanja, što utječe na sigurnost i cijenu

održavanja objekata koji se nalaze u podnožju tih

kosina, ali i na stabilnost objekata na vrhu kosine.

Iskopi u takvim pretežno glinovitim stijenama (kao

što su lapori, siltiti, muljnjaci, šejlovi, glinjaci,...)

izvodite se miniranjem ili pomoću teških pneumatskih

čekića. Međutim, svježe iskopane kosine podložne su

2

vrlo brzom razvoju rastrošbe, te se na njima unutar

razdoblja od nekoliko mjeseci do nekoliko godina, što

predstavlja razdoblje korištenja tih konstrukcija (eng.

"engineering period of time"), započinje razvijati

proces razlaganja stijene kako na površini kosine tako

i kroz unutrašnjost mase. Ti procesi se mogu uočiti na

mnogim prirodnim kosinama i kosinama iskopanim u

flišnim naslagama koje pretežno grade lapori na

području Dalmacije.

Svojstva glinovitih stijena i njihovo ponašanje u

vremenu kada su izložene vanjskim utjecajima na

izvedenim zasjecima, značajno je uvjetovano

njihovim mineraloškim sastavom, poviješću

predkonsolidacije, sastavom veznog materijala u

strukturi, stupnjem cementacije, te teksturom stijene.

Voda ima ključnu ulogu u promjeni svojstava tih

pretežno glinovitih stijena, i to u procesima sušenja i

vlaženja, smrzavanja i otapanja, te raznih kemijskih

procesa. Taj utjecaj se očituje u razlaganju veznog

materijala iz strukture glinovitih stijena, te u

razlamanju materijala u manje fragmente, odnosno,

istovremenom razvoju procesa fizikalne i kemijske

rastrošbe (Miščević i Vlastelica, 2012).

Fizikalna rastrošba se očituje raspucavanjem

materijala uslijed razvoja pukotina, te disolucijom na

samoj površini u dodiru s vodom. Iskopom nove

površine kod naslaga koje su formirane u tanjim

slojevima, međuslojne pukotine postaju izložene

djelovanju vanjskih utjecaja. To su oslabljene plohe

po kojima se najlakše odvajaju fragmenti, ali uzduž

njih vanjski utjecaji (voda) najlakše prodiru u dubinu

stijene. Naglim upijanjem vode u pukotini se razvija

tlak koji dovodi do kalanja (eng. "slaking") materijala,

a time i do produžavanja pukotina. Također,

oslobađanje naprezanja inducirano uklanjanjem dijela

materijala kod iskopa (rasterećenje), uzrokuje pojavu

razvoja novih pukotina (listrične pukotine). Razvoj

novih pukotina ubrzava fizikalnu rastrošbu i

omogućava dublji prodor utjecaja kemijske rastrošbe.

Martinez-Bofill i dr. (2004) su na primjerima

mekih stijena u Španjolskoj, kao i Yavuz i dr. (2006)

na primjerima mekih stijena u Turskoj, ukazali i na

značajan utjecaj smrzavanja na brzinu procesa

dezintegracije. To opet ukazuje na utjecaj vode.

2 Oblici degradacije pokosa

Rastrošba na pokosima uzrokuje nekoliko oblika

degradacije površina. U prvom redu rastrošba se

odvija na samoj površini, što stvara sloj degradiranog

materijala na pokosu. Krajnji proizvod rastrošbe

lapora je prašinasti materijal koji ima značajno slabiju

posmičnu čvrstoću od svježe iskopanog lapora. Takav

sloj debljine nekoliko centimetara zahvaćaju procesi

površinske erozije i odnose sa površine. Površinska

erozija se najčešće javlja kao posljedica toka

oborinske vode po površini. Slika 1 je primjer

površinske erozije pokosa zasjeka u naslazi fliša uz

Jadransku magistralu u Podstrani.

Slika 1 Rastrošba i erozija pokosa zasjeka (Jadranska

magistrala – Podstrana)

Materijal s površine pokosa, uslijed djelovanja

gravitacije i vode koja teče po površini, transportira se

u podnožje pokosa. Na taj način oslobađa se nova

površina koja je izložena djelovanju rastrošbe i proces

kontinuirano traje.

Slika 2 je primjer osmatranja gubitka materijala na

zasjeku u flišnoj naslazi (pretežno lapori). Gornja

slika prikazuje osmatrani pokos, a donja predstavlja

analiziranu usporedbu osmatranja u razmaku od 6

mjeseci. Skeniranje površine izvršeno je terestičkim

laserskim skenereom (Lidar-om) ILRIS 3D, a obrada

rezultata računalnim programom Polyworks v12.0. Na

skali desno može se uočiti da je "debljina" površine

koja je pokrenuta s pokosa oko 2-4 cm (zelena boja),

lokalno i do 10 cm u vidu manjih odrona (svijetlo

plava boja). Pri dnu zasjeka može se uočiti povećanje

deponiranog materijala u debljini od 10 do 20 cm

(žuta do narančasta boja). Debljina sloja materijala

koji se rastroši i transportira s površine nije

konstantan. Ta veličina ovisi o: broju sušnih i vlažnih

razdoblja u promatranom intervalu vremena; količini i

intenzitetu oborina; nagibu kosine; izloženosti pokosa

djelovanju sunca; svojstvima meke stijene u svježem

nerastrošenom stanju; itd.

Deponirani materijal u podnožju pokosa može

ugroziti sigurnost prometa ako dospije na prometnicu,

ili može ugrožavati funkcionalnost drugih objekata

koji se nalaze u podnožju pokosa. Slika 3 je primjer

deponiranja materijala uz zasjek koji ugrožava

3

sigurnost prometa. Iako se odronjeni materijal

redovito čisti, kod većih oborina mješavina vode i

ovog materijala redovito stvara klizavi sloj na površini

prometnice.

Slika 2 Fotografija osmatranog zasjeka i prikaz

usporedbe snimanja geodetskog snimanja površine

zasjeka terestičkim laserskim skenerom (Lidar-om)

u razmaku od 6 mjeseci

Slika 3 Deponirani materijal u podnožju pokosa koji

voda i gravitacija nose na prometnicu

Drugi oblik degradacije površine pokosa je

prodiranje procesa rastrošbe kroz pukotine u dubinu

meke stijenske mase. Slabljenje po pukotinama

dovodi do odvajanja većih i manjih volumena

stijenske mase, koji se mogu pokrenuti u vidu manjih

odrona blokova ili pojave većih klizišta. Slika 4 je

primjer razvoja pukotina po kojima će se pokrenuti

dio stijenske mase na kosini. Ispod ovog zasjeka

dnevno prolazi više tisuća vozila, ali zbog problema s

privatnim vlasništvom i pored upozorenja nadležnim

tijelima nema intervencije. Hrvatske ceste dobivaju

sredstva za sanaciju tek kada problem nastupi. Slika 5

je jedan od primjera pokrenutih klizišna na Jadranskoj

magistrali na dionici od Splita do Omiša. Kao

posljedica ovakvih klizanja promet je u prekidu i

nekoliko dana.

Slika 4 Primjer razvoja pukotina u stijenskoj masi na

zasjeku uz prometnicu

Slijedeći oblik degradacije pokosa se može opisati

kao diferencijalna rastrošba (eng. "differential

weathering"), Admassu i dr. (2012). Slojevi

pješčenjaka unutar strukture slojeva fliša nisu

podložni procesu rastrošbe istom brzinom kao lapori.

Rastrošbom slojeva lapora ispod i iznad sloja

pješčenjaka, lapor se dezintegrira i postepeno biva

uklonjen djelovanjem gravitacije i oborina. Izdanci

slojeva pješčenjaka ostaju na kosinama poput

"konzole", te kada duljina konzole postane dovoljno

velika, uslijed djelovanja savijanja odvajaju se

blokovi i nastaje odron koji ugrožava prostor ispod

kosine. Slika 6 je primjer formirane konzole uslijed

diferencijalne rastrošbe.

4

Slika 5 Primjer klizišta na zasjeku formiranom u flišu

uz prometnicu

Slika 6 Formiranje konzole uslijed diferencijalne

rastrošbe

Slika 7 Djelovanje korijenja stabla na pokosu. Strelice

označavaju pokrenuti dio mase i razvoj pukotina

Meke stijene mogu biti podloga za rast nekih vrsta

biljaka, što za posljedicu može imati još jedan oblik

degradacije pokosa. Takve biljke u pravilu razvijaju

korijenje uzduž pukotina u stijenskoj masi jer je tu

uvijek veća vlažnost, a koju biljke trebaju. Debljanjem

korijenja u pukotini uslijed rasta biljke (npr. stabla),

korijen djeluje kao klin koji "izbija" dio stijenske

mase. Ovim procesom, ako se ostavi da biljka

nesmetano raste, proces se produbljuje. Ako se biljka

ukloni, korijenje propada i ostaje šupljina po kojoj se

dio mase opet odvaja. Slika 7 je primjer gdje dio

stijenske mase na pokosu uz prometnicu pridržava

korijenje stabla koje se tu razvilo. Kakvim

proračunom dokazati dostatnu stabilnost ovakve

situacije?

3 Primjeri načina zaštite pokosa s gledišta

održavanja

Zbog uštede u količini iskopa u dosadašnjoj praksi

uvriježilo se način oblikovanja zasjeka na način da se

dokazuje njihova stabilnost s parametrima mekih

stijena koje one imaju u „svježem“ stanju neposredno

nakon iskopa. Takvim proračunima dokazuje se da su

zasjeci i s gotovo vertikalnim nagibima stabilni.

Ponekad takve nagibe uvjetuju i imovinski odnosi s

zemljištem neposredno uz prometnice (ne smije se

zadirati u tuđe vlasništvo), te visina zasijecanja. Takva

„logika“ u stvari dovodi do situacije da se gledano u

razdoblju korištenja prometnice, ne dobivaju

najjeftinija rješenja s gledišta njihovog održavanja.

Praksa je pokazala, da ako se u mekim stijenama,

kao što su lapori, mogu izvesti zasjeci s nagibima koji

su manji od 1:1 (Roje Bonacci T., 1998), tada se na

pokosu takvog zasjeka može formirati vegetativni

pokrov. Vegetacija se može razviti prirodno ili se

planski može zasaditi. Vegetacija sa svojim

korijenskim sustavom na površini stvara stabilan sloj

koji zatvara mogućnost razvoja rastrošbe u dubinu

meke stijenske mase. Ne preporučuje se sadanja

visokih biljaka/ stabala koje razvijaju korijenje u

veliku dubinu, jer to korijenje kao što je objašnjeno u

poglavlju 2, može uzrokovati odlamanje blokova.

Slika 8 je primjer pokosa koji je s obzirom na eroziju

površine uzrokovane rastrošbom, stabiliziran na

prirodan način razvojem vegetacije. Takve kosine ne

zahtijevaju značajne radove na održavanju, osim

uređenja vegetacije po potrebi.

Ako se na zasjecima s nagibom većim od približno

1:1 želi postići razvoj vegetacije, tada je potrebno

postaviti sustav koji će onemogućiti odnošenje

površinskog sloja na pokosu. Najčešće se za tu

namjenu koriste travne rešetke (betonske ili plastične).

Međutim kod većih nagiba, visina njihovog

postavljanja ograničena je čvrstoćom ovih elemenata

(gnječenje zbog pritiska). Moguće rješenje tog

problema je postavljanje nosivih greda po površini, ali

5

je tada te grede potrebno pričvrstiti (sidriti) u stijensku

masu što povećava cijenu zaštite.

Slika 8 Prirodni razvoj vegetacije na kosinama s

nagibom manjim od 1:1

Slika 9 Degradirani materijal s površine pokosa prolazi

kroz zaštitnu mrežu

Načini zaštite koji su preuzeti iz rješenja za čvrstu

stijensku masu također imaju svojih nedostataka.

Pokrivanje pokosa mrežama sa svrhom zadržavanja

pokrenutog materijala ima nedostatak što se uslijed

rastrošbe meka stijena dezintegrira u male komade

koji lako prolaze kroz mrežu. Slika 9 je ilustracija

takvog nedostatka. Iako je mreža zadržala dio mase,

veći dio je prošao kroz nju.

Zadržavanje pokrenutog materijala sa površine u

dnu pokosa je privremeno rješenje, koje zahtijeva

kontinuirano održavanje. Slika 10 je primjer

konstrukcije od gabiona kojom se prihvaća pokrenuti

degradirani materijal sa svrhom da taj materijal ne

dospije na prometnicu.

Kod odvajanja većih blokova moguće je primijeniti

rješenja koja se koriste za čvrste stijene. Odabir tipa

zaštitnih mreža koje trebaju prihvatiti pokrenute

blokove može se izvršiti ovisno o očekivanoj veličini

bloka, nagibu kosine, obliku kosine, elastičnosti

podloge/stijene (odskok) i visini kosine. To su sve

elementi kojima se određuje energija koju blok može

dobit gibanjem niz kosinu uslijed djelovanja

gravitacije. Iz tog razloga zaštitne mreže koje se nude

na tržištu su podijeljene u energetske razrede. Autori

ovog teksta smatraju da priručna inženjerska rješenja

ovih konstrukcija mogu biti vrlo opasna. Slika 11 je

primjer jedne takve krute zaštitne.

Slika 10 Gabionska konstrukcija za prihvaćanje

pokrenutog degradiranog materijala s površine

pokosa

Slika 11 Kruta zaštitna mreža; strelica pokazuje

oštećenje nastalo od udara manjeg bloka

Mreža iz prethodnog primjera nema elemenata koji

omogućuju savijanje i istezanje, što znači da udar

pokrenutog bloka prima kao kruta konstrukcija bez da

se dio energije koju blok ima smanji odnosno utroši

kod istezanja mreže ili savijanja njenih elemenata.

Takve konstrukcije mogu zaustaviti samo blokove s

vrlo malom energijom. Kada na njih naiđu blokovi

koji predaju veću energiju udara, tada zbog krtog

loma konstrukcije, postoji mogućnost da se prema

prometnici nastave gibati i blok i mreža. S gledišta

održavanje takvo rješenje je vrlo nepovoljno (odšteta

6

za oštećena materijalna dobra ili živote ljudi ako

padne na vozila).

Kada je za potrebe stabilizacije odabranog nagiba

potrebno koristiti potpornu konstrukciju (npr.

armirano betonski potporni zid, gabionska

konstrukcija) ili sustav geotehničkih sidara i mlaznog

betona, tada je moguće takvim konstrukcijama riješiti

i oba utjecaja rastrošbe, i pokretanje degradiranog

materijala s površine i djelovanje rastrošbe u dubinu

koja može dovesti do odlamanja blokova po

pukotinama. Ovakve konstrukcije ne zahtijevaju

posebno održavanje, ali s gledišta izrade su financijski

najnepovoljnije. Subjektivni stav autora teksta je da i

velike površine pokosa pokrivene mlaznim betonom

ne predstavljaju dobro rješenje s estetskog gledišta

(uklapanje u okoliš).

Slika 12 Kosina stabilizirana sustavom geotehničkih

sidara, mlaznog betona i potporne konstrukcije

(armirano betonski zid i gabioni)

Slika 12 je primjer kosine stabilizirane sustavom

geotehničkih sidara i mlaznog betona na površini,

kombiniranog s potpornim zidom također

stabiliziranim geotehničkim sidrima. Ovakva rješenja

potrebno je upotpuniti s rješenjem odvodnje

procjednih voda. Ako se procjedne vode ne odvode

kontrolirano, moguć je razvoj rastrošbe na dodirnoj

plohi između mlaznog betona i stijenske mase, te

potporne konstrukcije i stijenske mase. Razvoj

rastrošbe na tim plohama je nešto sporiji nego na

otvorenoj površini pokosa, ali u konačnici može

dovesti do pokretanja mlaznog betona s površine jer

se gubi dodirno trenje s podlogom.

4 Zaključak

S gledišta dugoročnog održavanja pokosa

formiranih u mekim stijenskim masama, ali i s

gledišta dugoročne stabilnosti kosina, kod

projektiranja takvih kosina potrebno je uključiti

rješenja koje će onemogućiti razvoj rastrošbe kako na

površini kosine tako i u dubini kosine.

Rješenja s kontinuiranim čišćenjem pokrenutog

materijala nastalog rastrošbom nisu pogodna s gledišta

sigurnosti korištenja. Na primjer već male količine

degradiranog lapora pomiješane s vodom (oborine),

mogu stvoriti klizavi sloj ako dospiju na kolnik

prometnice i time ugroziti sigurnost prometa. Veći

odvojeni blokovi su izravna prijetnja sigurnosti

prometa.

Rješenja kojima se onemogućava razvoj procesa

rastrošbe treba odabrati na osnovi nekoliko

jednostavnih principa. Za razvoj rastrošbe potrebna je

voda. Iz tog razloga procjednu i oborinsku vodu treba

kontrolirano prikupiti i odvoditi s kosine. Razvoj

rastrošbe najintenzivnije uzrokuju procesi sušenja

/vlaženja, grijanja/hlađenja, zamrzavanja

/odmrzavanja. Iz tog razloga pokos je potrebno

prekriti/zatvoriti rješenjem koje će usporiti ili

onemogućiti te procese (prskani beton, betonska

konstrukcija, gabioni, travne rešetke, vegetativni

pokrov...). Svako od navedenih rješenja ima svoje

prednosti, ali i ograničenja i nedostatke kao što je to

opisano u tekstu.

Literatura

Admassu Y., Shakoor A., Wells N. A. (2012) "Evaluating

selected factors affecting the depth of undercutting in

rocks subject to differential weathering", Engineering

Geology, 124 (2012), pp 1–11.

Martinez-Bofill J., Corominas J. & Soler A. (2004)

"Behaviour of the weak rock cut slopes and their

characerization using the results of the slake durability

test", Proc. "Engineering geology for infrastructure

planning in Europe – a Europian perspective",

Springer-Verlag, pp 405-413.

Miščević P. & Vlastelica G. (2012) “Stabilnost u vremenu

kosine iskopane u laporu”, Građevinar, Vol. 64, No. 6,

pp 451-461.

Roje Bonacci, T. (1998) "Parameter changes after

weathering of soft rock in flysch", Proc. Second Int.

Sym. on hard soils-soft rocks, Eds. A. Evangelista and

L. Picarelli Rotterdam: A.A. Balkema, Naples, Italy,

12-14 October 1998., pp 799-804.

Yavuz H., Altindag R., Sarac S., Ugur I., Sengun N. (2006)

"Estimating the index properties of deteriorated

carbonate rocks due to freeze–thaw and thermal shock

weathering", International Journal of Rock Mechanics

& Mining Sciences, 43 (2006), pp 767–775.