opservacijske metode pri projektiranju i izvođenju građevnih jama u

Geotehnika - e časopis Društva za geotehniku u Bosni i Hercegovini ISSN Broj 1, 2015

12

OPSERVACIJSKE METODE PRI PROJEKTIRANJU I IZVOĐENJU GRAĐEVNIH JAMA U STIJENSKOJ MASI U URBANIM SREDINAMA Prof.dr.sc. Željko Arbanas, dipl. inž.građ. Sveučilište u Rijeci, Građevinski fakultet Sažetak: Osnovna razlika u konstrukcijama pri izvedbi iskopa za građevne jame i podzemne otvore u tlu i stijenskoj masi sastoji se u elementima podgradne konstrukcije. Dok je u tlu podgradna konstrukcija od odabranih inženjerskih materijala osnovni nosivi element, u stijenskom materijalu osnovni inženjerski materijal predstavlja in situ stijenska masa s relativno ograničenim mogućnostima za njezino poboljšanje ili ojačanje. Pri izvedbi iskopa građevnih jama i podzemnih otvora u stijeni, stijenska masa predstavlja osnovni element podgradne konstrukcije, s obzirom da preraspodjelom naprezanja unutar stijenske mase ista „nosi samu sebe“. Pri tome je kvaliteta stijenske mase predodređena in situ uvjetima, koji su daleko od kontroliranih, a zbog heterogenosti i sustava diskontinuiteta stijenska masa se u pravilu rijetko ponaša kao kvazikontinuum. Osnove projektiranja u inženjerstvu u stijenskoj masi definirao je Bieniawski kao principe koji usmjeravaju proces projektiranja i izvedbe konstrukcija u stijenskoj masi. Na osnovi navedenih principa razvijena je većina projektnih metodologija za konstrukcije u stijenskoj masi, a projektni princip o potrebnoj optimizaciji ukazuje na potrebu korištenja opservacijske metode i interaktivnog projektiranja konstrukcija u stijenskoj masi. Opisati će se način određivanja parametara čvrstoće i deformabilnosti stijenske mase u skladu s empirijskim kriterijima čvrstoće i deformabilnosti stijenske mase prema općeprihvaćenim klasifikacijama stijenske mase. Obrazložiti će se principi opservacijske metode u inženjerstvu u mehanici stijena, kao i sustav interaktivnog projektiranja prema Eurocode 7 (EC7) na recentnim primjerima u hrvatskom graditeljstvu. Ključne riječi: Opservacijske metode, projektiranje, stijenska masa, građevne jame, urbana sredina, Eurokod 7

USING OF OBSERVATIONAL METHODS DURNIG DESIGNING AND CONSTRUCTING OF OPEN PITS IN ROCK MASS IN URBAN AREAS

Summary: The main difference in constructions of open pit and underground excavations in soils and rock masses could be found in elements of support construction. The basic support during excavation in soil is consisted of engineering structures while during the excavation in rock mass, the in situ rock mass itself is basic engineering material with relatively restricted possibilities of its reinforcements or improvements. During the open pit and underground excavations, the rock mass is a basic construction support element and after the redistribution of stresses in rock mass caused by excavation, the rock mass becomes a self-supported element of underground construction. The rock mass quality is precaused by in situ conditions those cannot be controlled and because of rock mass heterogeneity, caused by existing of discontinuity systems, the rock mass behavior is, as a rule, not like as a quasi-continuum. The basic principles of constructions designing in rock mass were proposed by Bieniawski as principles those lead from the design process to the construction in rock masses completing. Based on these principles, the main part of design procedures of constructions in rock mass were developed and the optimization design principle point on necessary using of observational method and interactive design method in rock mass. The methods of rock mass strength criterion and rock mass deformability using correlation with results common classification systems. The principles of observational method in rock mechanics and the system of interactive design according Eurocode 7 (EC7) using the recent examples of constructions in the Republic of Croatia will be described. Key words: Observational method, designing, rock mass, open pit, urban area, Eurocode 7


13

1. UVOD

Osnovna razlika u konstrukcijama pri izvedbi iskopa za građevne jame i podzemne otvore u tlu i stijenskoj masi sastoji se u elementima podgradne konstrukcije. Dok je u tlu podgradna konstrukcija od odabranih inženjerskih materijala osnovni nosivi element, u stijenskom materijalu osnovni inženjerski materijal predstavlja in situ stijenska masa s relativno ograničenim mogućnostima za njezino poboljšanje ili ojačanje. Podgradne konstrukcije u tlu, kao što su dijafragme pri izvedbi građevnih jama i podgradni elementi podzemnih otvora, izvode se od odabranih elemenata izvedenih u armiranom betonu i/ili čeliku unaprijed određenih dimenzija i kvalitete koju je moguće kontrolirati tijekom izvedbe, pri čemu djelovanja tla isključivo predstavljaju opterećenje na podgradne elemente. Pri izvedbi iskopa građevnih jama i podzemnih otvora u stijeni, stijenska masa predstavlja osnovni element podgradne konstrukcije, s obzirom da preraspodjelom naprezanja unutar stijenske mase ista „nosi samu sebe“ [Stillborg, 1994; Arbanas, 2002; 2004]. Pri tome je kvaliteta stijenske mase predodređena in situ uvjetima, koji su daleko od kontroliranih, a zbog heterogenosti stijenske mase koja se zbog sustava diskontinuiteta u pravilu rijetko ponaša kao kvazikontinuum, iste je vrlo teško u cijelosti odrediti istražnim radovima. Kvalitetu stijenske mase moguće je poboljšati zahvatima poboljšanja (eng. improvement) ili ojačanja (eng. reinforcement), ali su isti zahvati ograničeni mogućnostima prihvatljivih tehnologija izvođenja, a stanje relativno točno stanje stijenske moguće je utvrditi jedino u fazi izvođenja. Zbog svega opisanog, opservacijske metode i interaktivno projektiranje posebno je prihvatljivo u zahvatima u stijenskim masama.

Iako je izvedba podzemnih otvora u stijenskoj masi poznata i izučavana stoljećima [Agricola, 1950 (1556)], prava znanstvena istraživanja o ponašanju stijenske mase u okolini podzemnih iskopa provedena su prije 70-tak godina, kada su se pojavila prva teorijska razmišljanja o elastičnom ponašanju stijenske mase oko izvedenih iskopa na osnovi rezultata mjerenja oko dubokih otvora u rudnicima u Južnoj Africi [Ryder and Officer, 1965; Jaeger and Cook, 1969] i prvi osvrti na utjecaj diskontinuiteta na ponašanje stijenske mase. Mehanika stijena (eng. rock mechanics) kao znanost proučava ponašanje stijene i stijenske mase pri čemu ispitivanje i analize ponašanja stijena i stijenske mase predstavljaju glavne aktivnosti [Stacey, 2003]. Koncept inženjerstva u mehanici stijena (eng. rock engineering) razvijen je naknadno kao posljedica razvoja mehanike stijena kao znanosti i koristi dostignuća mehanike stijena u konstrukcijama u stijenskoj masi. Osnovna aktivnost inženjerstva u stijenskoj masi je projektiranje i izvedba konstrukcija u stijenskoj masi kroz tri osnovana aspekta i to: i. Procjena stabilnosti iskopa ili temeljenja; ii. Projektno rješenje mjera, kao što su geometrija i/ili podgradni sustav, potrebnih da zadovolji traženu stabilnost i iii. Projektno rješenje mjera potrebnih da održi deformacije stijenske mase u traženim granicama.

Inženjersko projektiranje u mehanici stijena u pravilu uključuje razvoj rješenja do usvojenog savladavanja problema [Stacey, 2004]. Pri tome ne postoji jedinstveno rješenje, svaki od inženjera predložiti će različito rješenje, pri čemu će neka rješenja biti bolja, neka lošija, ali će sva osigurati djelovanje primijenjenog rješenja. Osnove projektiranja u inženjerstvu u stijenskoj masi definirao je Bieniawski [1988, 1991, 1992, 1993] kao principe koji usmjeravaju proces projektiranja i izvedbe konstrukcija u stijenskoj masi: i. Jasnoća projektnih ciljeva i zahtjeva funkcionalnosti konstrukcije; ii. Minimum neizvjesnosti geoloških uvjeta; iii. Jednostavnost elemenata projekta; iv. Praksa prema poznatim dostignućima (eng. state-of-the-art); v. Optimizacija; vi. Izvedivost rješenja (eng. constructibility). Na osnovi navedenih principa razvijena je većina projektnih metodologija za konstrukcije u stijenskoj masi, a projektni princip o potrebnoj optimizaciji ukazuje na potrebu korištenja opservacijske metode i interaktivnog projektiranja konstrukcija u stijenskoj masi.

Korištenje opservacijskih metoda započelo je u ranoj inženjerskoj praksi uslijed nedostatka projektnih teorija u graditeljstvu. Konstrukcije u graditeljstvu projektirane su na osnovi pokušaja i pogrešaka, ali su bile promatrane tijekom izvedbe kako bi se shvatila interakcija temeljnog tla i konstrukcije, ponašanje konstrukcije te kako bi se poboljšali budući projekti [Nicholson et al., 1999]. Proces predviđanja ponašanja i monitoringa konstrukcije, revizije projektnog rješenja i modificiranja projekta razvijan je od strane Terzaghija i Pecka [1948, 1967] od polovice prošlog stoljeća do konačnog usvajanja u inženjerskoj praksi do kraja 1990 godine. Pojam „opservacijske metode“ (eng. observational methods) uveo je Peck [1969] godine u poznatoj Rankine Lecture kroz osam postavki koje su naknadno usvojene i proširene u praktičnom korištenju. Jedna od najznačajnijih primjena i modifikacija je u prihvaćanju osnovnih postulata opservacijske metode u Eurocode 7 (EC7) [Nicholson et al., 1999], kojim je opservacijska metoda prvi put usvojena u smislu prihvaćene norme u primjeni. Iako je geotehničko inženjerstvo u mehanici stijena kroz Eurocode 7 relativno slabo zastupljeno i razjašnjeno, opservacijskoj metodi u ovom području svakako predstoji značajna budućnost. Razvoj projektiranja i izvedbe inženjerskih građevina u stijenskoj masi, zasnovana na opće prihvaćenim principima Bieniawskog [1991, 1992] o minimumu neizvjesnosti geoloških uvjeta i optimizaciji konstrukcije upućuje na korištenje opservacijske


14

metode i interaktivnog projektiranja. Usvajanje Eurocode 7 s odgovarajućim pridruženim normama

svakako će osigurati odgovarajuću primjenu opservacije metode i interaktivnog pristupa projektiranju iskopa i podzemnih otvora u stijenskoj masi.

2. PROJEKTIRANJE STABILNIH ZAHVATA U STIJENSKOJ MASI

Kako je već u uvodu napomenuto, inženjersko projektiranje u mehanici stijena u pravilu uključuje razvoj rješenja do usvojenog savladavanja problema [Stacey, 2004]. Pri tome ne postoji jedinstveno rješenje, svaki od inženjera predložiti će različito rješenje, pri čemu će neka rješenja biti bolja, neka lošija, ali će sva osigurati djelovanje primijenjenog rješenja. Osnove projektiranja u inženjerstvu u stijenskoj masi definirao je Bieniawski [1988, 1991, 1992, 1993] kroz šest principa koji usmjeravaju proces projektiranja i izvedbe konstrukcija u stijenskoj masi zasnovanih na iskustvima stečenim u kamenolomima tijekom izvedbe i eksploatacije: i. Jasnoća projektnih ciljeva i zahtjeva funkcionalnosti konstrukcije; ii. Minimum neizvjesnosti geoloških uvjeta; iii. Jednostavnost elemenata projekta; iv. Praksa prema poznatim dostignućima (eng. state-of-the-art); v. Optimizacija; vi. Izvedivost rješenja (eng. constructibility).

Projektni princip 1: Jasnoća projektnih ciljeva i zahtjeva funkcionalnosti konstrukcije podrazumijeva da je analiza problema i projektno rješenje moraju uzeti u razmatranje sve postojeće zahtjeve i ograničenja što predstavlja osnovu projektnog postupka (procesa). Ovaj princip mora pojasniti projektno razmišljanje u njegovom začetku. Ukoliko se to ne provede, različiti inženjeri mogu interpretirati problem na drukčiji način što će rezultirati različitim projektnim rješenjima za različite projektne probleme [Bieniawski, 1991, 1992].

Projektni princip 2: Minimum neizvjesnosti geoloških uvjeta. Stijenska masa u kojoj se izvode građevine podložna je promjenama karakterističnim za sve prirodne materijale, zbog čega u inženjerstvu u stijenskoj masi dolazi do pojave značajnih neizvjesnosti. S obzirom na uobičajenu nedostatnost provedenih geotehničkih istražnih radova, stanje stijenske mase je u pravilo uglavnom nepoznato ili relativno slabo poznato, što se uglavnom odnosi na stanje raspucalosti stijenske mase, ili bolje rečeno na stanja pukotina u stijenskoj masi. Projektiranje iskopa u stijenskoj masi u pravilu se provodi s nedovoljnim poznavanjem stanja naprezanja in situ, značajki čvrstoće i deformabilnosti stijenske mase te uvjeta ponašanja stijenske mase, te je stoga nužno u proračun uključiti određeni dio neizvjesnosti na odgovarajući način.

Projektni princip 3: Jednostavnost elemenata projekta. U doba dostupnih sofisticiranih računalnih programskih paketa, projektanti vrlo često koriste složene analize i metode koje zahtijevaju ulazne podatke o kojima su saznanja vrlo nepouzdana. Tu se javlja nesuglasje između sofisticiranih metoda proračuna i nedostatka sofisticiranosti raspoloživih ulaznih podataka [Stacey, 2004]. Korištenje sofisticiranih metoda pridonosi lažnom povjerenju da su projektne analize dobro provedene ne sagledavajući da su iste zasnovane na nepouzdano utvrđenim ulaznim parametrima. Bieniawski [1991, 1992] predlaže da bi projekt trebao biti razvijen u cijeli niz jednostavnijih komponenti. Projektno rješenje mora biti prezentirano u najjednostavnijem opće razumljivom kontekstu; jednostavniji projektni pristup, metode proračuna i analize lakše su za razumijevanja i s tim uglavnom djeluje robusniji. Svagdje gdje je moguće primijeniti jednostavniji projektni pristup, svakako ga treba pretpostaviti mogućem složenijem i sofisticiranijem.

Jedan od važnih koraka u geotehničkom projektiranju je i razvoj geotehničkog modela, pri čemu je princip jednostavnosti elemenata projekta pogotovo značajan. Geotehnički model može u osnovi biti konceptualan, ali on nužno mora opisati približno ponašanje stijenske mase kao i moguće mehanizme sloma i razvoja deformacija. Tek nakon što je geotehnički model usvojen, moguće je odrediti i usvojiti projektne parametre, projektna ograničenja, odgovarajuće faktore sigurnosti i pouzdanosti, projektni model te odgovarajuće metode analize. Odgovarajuće jednostavan geotehnički model (koliko to geotehnički uvjeti dozvoljavaju) moći će osigurati i provedbu jednostavnih metoda proračuna.

Projektni princip 4: Praksa prema poznatim dostignućima (eng. state-of-the-art). Ova princip podrazumijeva da se suvremeni i moderni koncepti, metode i analize koriste svagdje gdje su one primjenjive. Vrlo često se novi koncepti, metode i materijali primjenjuju u projektiranju, ali ih postojeća praksa u tijeku građenja vrlo teško slijedi. To često zahtijeva korištenje složenijih i skupljih metoda s većim rizicima tijekom izvođenja.

Projektni princip 5: Optimizacija. Rizik u geotehničkom inženjerstvu uključuje brojne faktore kao što su sigurnost, cijena, efikasnost, seizmičnost, voda, oprema, radna snaga i dr. Kako bi se rizik smanjio, svaki projekt je nužno optimizirati. Ukoliko se tijekom vremena neki od uvjeta promijene (npr. ekonomski, geološki, tehnološki, prostorni uvjeti), bilo bi dobro provesti novu optimizaciju. Optimizacija projekta može se provesti i koristeći rezultate provedbe alternativnih projekta. Monitoring tijekom gradnje može pomoći optimizaciji projekta.


15

Projektni princip 6: Izvedivost rješenja (eng. constructibility). Ukoliko se projekt ne može izvesti sigurno

i efikasno, isti ne zadovoljava princip izvedivosti rješenja i nije optimaliziran. U tom slučaju potrebno je izvršiti reviziju projekta te ponoviti, djelomično ili u cijelosti, izradu projektne dokumentacije.

2.1. Metodologija projektiranja iskopa u stijenskoj masi

Metodologija projektiranja zasnovana je na prethodno opisanim projektnim principima prema Bieniawskom [1991, 1992] u slijedećih deset koraka koji se povezuju s projektnim principima:

• Stanje problema (ciljevi izvođenja) - PP1, • Funkcionalni zahtjevi i postavke (projektne varijable i projektna pitanja) - PP1, • Raspoloživi podaci (informacije o lokaciji, karakteristike stijenske mase, podzemna voda, stanje

naprezanja) - PP2, • Koncepcija rješenja (geotehnički model) - PP3, • Analiza komponenti rješenja (analitičke, numeričke, empirijske analize, opservacijske metode) - PP3,4, • Sinteza i razmatranje alternativnih rješenja (oblik, veličina, lokacija, orijentacija iskopa) - PP3,4, • Evaluacija (procjena projekta, revizija projekta) - PP5, • Optimizacija (procjena projekta) - PP5, • Preporuke (metodologija izvedbe, tehnički uvjeti) - PP6 i • Implementacija (izvedba, monitoring, kontrola, preprojektiranje) - PP6. Često se usvaja potpuno kriva ideja da geotehničke analize predstavljaju projektiranje i vrlo često se

provode vrlo sofisticirane analize koristeći složene numeričke modele s vrlo niskom razinom provjere ulaznih podataka i kriterija čvrstoće. Treba naglasiti da analize predstavljaju znanost, a proces projektiranja je inženjerstvo [Stacey, 2003]. Pri tome analize predstavljaju samo jedan korak u cjelokupnoj metodologiji projektiranja, povezuje projektne principe 3 i 4. Dakle, analize predstavljaju samo alat kojim je potrebno pronaći odgovore na postavljena pitanja u uspostavljenom modelu. Međutim, ukoliko su ulazni podaci neodgovarajući ili je geotehnički model pogrešno postavljen s krivim pretpostavkama mogućih pojava sloma, cjelokupan rezultat analiza biti će pogrešan, a vjerojatan rezultat projektiranja neprovediv. To ukazuje da su ostali koraci u metodologiji projektiranja u pravilu važniji od analiza i predstavljaju osnovu za uspješan projekt, dok analize samo slijede sve ostale korake procesa.

Detaljan proces projektiranja u geotehničkom inženjerstvu u stijenskoj masi mogao bi se pojednostavniti u slijedećih 6 koraka [Stacey, 2003]:

• Definicija problema, • Identifikacija mogućeg rješenja, • Definiranje prihvatljivog projektnog kriterija za svaki dio rješenja i odabir faktora sigurnosti (ili

vjerojatnosti pojave sloma), • Određivanje ulaznih parametara za projektiranje (čvrstoća, deformabilnost) i • Provedba procesa projektnih analiza ili proračuna za projekt koji zadovoljava definirane kriterije.

Kao rezultat procesa projektiranja, različiti inženjeri različito će pristupiti problemu s različitim usvojenim razinama konzervatizma u projektiranju, što će rezultirati različitim projektima, ali pri čemu će svi predstavljati zadovoljavajuća tehnička rješenja problema. Pri tome će glavni uvjet, koji će utjecati na rješenje predstavljati ulazni parametri koji određuju kriterij čvrstoće i deformabilnost stijenske mase.

3. ODREĐIVANJE ULAZNIH PARAMETARA ZA PROJEKTIRANJE U STIJENSKOJ MASI

Osnovni pristup analizi problema ponašnja stijenske mase u svakom od geotehničkih zahvata u stijenskoj masi zasniva se na poznavanju značajki stijenske mase. Značajke stijenske mase u pravilu se oslanjaju na empirijski opis značajki zasnovan na nekoj od klasifikacija stijenske mase. Korištenje klasifikacija stijenske mase omogućuje stvaranja predodžbe o značajkama čvrstoće i deformabilnosti stijenske mase [Hoek, 2000].

3.1. O klasifikacijama stijenske mase

Klasifikacija stijenske mase ne može i ne smije zamijeniti proces projektiranja zahvata u stijenskoj masi. Projektiranje zahvata u stijenskoj masi zahtijeva detaljno poznavanje stanja in situ stanja naprezanja, značajki stijenske mase, uvjeta stanja podzemne vode unutar stijenske mase, kao i redoslijed izvedbe planiranih iskopa, a


16

većina istih podataka nije poznata u ranoj fazi projektiranja. S gornjim podacima moguće je, koristeći

klasifikacije stijenske mase, izraditi odgovarajuće analize i projekte geotehničkih zahvata za specifične značajke pojedine lokacije.

Klasifikacije i identifikacije stijenske mase razvijaju se već više od stoljeća od kako je Ritter [1879] pokušao usvojiti empirijski pristup projektiranja tunela kojim se određuje i potreban podgradni sustav, koji osigurava stabilnost iskopa. Razliku između klasifikacija i identifikacija stijenske mase određuje Bieniawski [1979], tako da klasifikaciju određuje kao postupak grupiranja na osnovi međusobnih odnosa značajki, a identifikaciju kao postupak pridruživanja odgovarajućoj grupi prethodno opisanoj utvrđenom klasifikacijom.

Naziv klasifikacije stijena pri samim počecima inženjerske geologije koristi se uz pridruživanje mehaničkih značajki. Slijedi klasifikacija koja stijenskoj masi pridružuje opis trošenja stijenske mase. Pokazuje se korisnom u slučaju stijenskih masa podložnih trošenju kao što je fliš, kao kvalitativni pokazatelj stanja stijenske mase, ali uz brojne nedostatke u slučaju nepoznavanja veličina pojedinih značajki stijenske mase. U novije vrijeme u stijenskim masama podložnim brzom trošenju stijenske mase, uvodi se drugačiji pristup [Hoek et al., 1998; Marinos and Hoek, 2001; Marinos, 2004].

Prve klasifikacije zasnovane su na samo jednoj značajki stijenske mase i pokazale su se kao nedostatne za odgovarajući opis ponašanja stijenske mase. Jednovarijantne klasifikacije nadopunjavale su se multivarijantnim, pri čemu je glavni doprinos razvoju klasifikacija predstavljao usvojeni odgovarajući odnos vrijednosti pojedinih značajki unutar klasifikacije stijenske mase. Pri tome su korištena iskustva ponašanja stijenske mase utvrđena gradnjom tunela i izvođenjem podgradnih sustava u tunelima.

Kao najpoznatija rana klasifikacija stijenske mase je Terzaghijeva klasifikacija [Terzaghi, 1946], zasnovana na opterećenju stijenske mase, koja se odličnom pokazala i održala u USA više od 35 godina pri izgradnji tunela u uvjetima izvedbe u kojima je stvorena [Bieniawski, 1989]. Klasifikacija je tijekom vremena modificirana i određeni su i novi klasifikacijski sustavi [Deere et al., 1970]. Novi klasifikacijski sustavi usvojili su nova dostignuća u tehnologiji podupiranja stijenske mase, nazivlje, geotehnička sidra i mlazni beton, kao i primjenu za različite inženjerske zahvate: tunele, podzemne prostore, zasjeke u stijenskoj masi (kamenolomi i površinski kopovi), padine i temeljenje. Osim toga, većina novijih klasifikacija [Wickham et al., 1972; Bieniawski, 1973, 1976, 1989; Barton et al., 1974] razvijena je na osnovi iskustava stečenih gradnjom inženjerskih građevina u stijenskoj masi u koja su bile uključene sve komponente inženjerskogeoloških značajki stijenske mase. Također je uključen i utjecaj rastrošenosti stijenske mase, kao i utjecaj podzemne vode, koji su u klasifikacijama dugo bili zanemarivani.

Od brojnih postojećih klasifikacija stijenske mase, tri najčešće korištene klasifikacije zaslužuje posebnu pažnju, i to:

• Geomehanička klasifikacija (RMR) [Bieniawski, 1973]; • Q klasifikacija (Rock Tunneling Quality Index) [Barton et al., 1974]; • Rock Mass Index klasifikacija (RMi) [Palmstrom, 1995].

Predmetne klasifikacije dobro su opisane u brojnoj literature [npr. Arbanas, 2004] i neće se posebno opisivati u ovom radu.

U novije vrijeme za opisivanje stijenske mase koristi se koncept geološkog indeksa čvrstoće (eng. Geological Strength Index (GSI)) i opisan je u radovima Hoeka [Hoek, 1994], Hoeka, Kaisera i Browna [Hoek et al., 1995] i Hoeka i Browna [Hoek and Brown, 1997] i proširen na flišne stijenske mase prema Hoeku, Marinosu i Benissiju [Hoek et al., 1998]. GSI koncept predstavlja pojednostavljeni klasifikacijski sustav određivanja čvrstoće stijenske mase, zasnovan na procjeni vrijednosti GSI na osnovi strukture stijenske mase, značajkama intaktne stijene, uvjetima površine stijenki diskontinuiteta, kao i uvjeta koji proizlaze iz geometrije intaktnih djelova stijene i njihovog ponašanja pod djelovanjem promjene uvjeta stanja naprezanja u stijenskoj masi. Posljednji pregled dan je u radu Marinosa, Marinosa i Hoeka na 32. međunarodnom geološkom kongresu u Firenci [Marinos et al., 2004]. S obzirom da je u flišnim stijenskim masama vrlo teško određivanje klasifikacijskih RMR vrijednosti, pogotovo na jezgri stijenske mase dobivene bušenjem, procjena GSI za flišnu i druge heterogene stijenske mase predstavlja praktično jedinu mogućnost koreliranja stanja stijenske mase i kvantitativnog prikaza parametra čvrstoće.


17

3.2. Kriterij čvrstoće stijenske mase

Procjena čvrstoće i deformabilnosti stijene i in situ stijenskih masa predstavlja osnovni problem pri analizama u svim vrstama projektiranja pri rješavanju problema stabilnosti padina, temeljenju i izvedbi podzemnih otvora u stijenskoj masi. Laboratorijska ispitivanja na uzorcima stijene ne reprezentiraju ponašanje stijenske mase znatno većeg volumena [Hudson and Harrison, 1997]. Ispitivanje čvrstoće stijenske mase in situ rijetko je praktično ili ekonomski moguće. Povratne analize, provedene na osnovi opažanih slomova stijenske mase, mogu rezultirati reprezentativnim vrijednostima parametara čvrstoće stijenske mase u velikom razmjeru,

ali to je moguće jedino u slučajevima u kojima se slom i stvarno dogodio [Sjoberg, 1997, 1999; Sonmez

et al., 1998, Sonmez and Ulusay, 1999; Sonmez and Ulusay, 2002]. Stvarni izazov u mehanici stijena predstavlja problem predviđanja i usvajanja parametara čvrstoće stijenske mase velikih razmjera pri rješavanju inženjerskih problema.

Sadašnji pristup predviđanja i usvajanja kriterija čvrstoće stijenske mase velikih razmjera pri rješavanju inženjerskih problema uglavnom se svodi na korištenja Hoek–Brownovog kriterija sloma stijenske mase [Hoek and Brown, 1980a, 1980b] uz procjenu parametara čvrstoće na osnovi klasifikacije stijenske mase. Ovaj pristup je relativno dobro usvojen, ali ne bez poteškoća pri usvajanju lokalnih uvjeta stijenske mase. Originalni Hoek–Brownov kriterij razvijan je tijekom vremena njegove primjene do sada prihvaćenog općeg oblika Hoek–Brownovog kriterija čvrstoće stijenske mase [Hoek, 1994; Hoek et al., 1995, Hoek et al., 2002]. Pregled razvoja Hoek–Brownovog kriterija dani su u radovima Hoeka i Browna [1997], Hoeka [Hoek, 2004a] te Eberhardta [2012].

Hoek–Brownov kriterij čvrstoće stijenske mase je empirijski kriterij zasnovan na podacima triaksijalnog ispitivanja stijenske mase. Opći oblik Hoek–Brownovog kriterija čvrstoće stijenske mase dan je izrazom [Hoek, 1994; Hoek et al., 1995; Hoek et al., 2002]:

a

cbc sm ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

′+′=′

σσσσσ 3

31

(1)

Hoek [1994] je analizirao područje primjene Hoek–Brownovog kriterija čvrstoće stijenske mase. Kriterij je primjenjiv ili u intaktnoj stijeni ili u znatno raspucalim stijenskim masama, a za obje sredine se može usvojiti da se ponašaju homogeno i izotropno, Slika 1. U slučajevima u kojima je veličina blokova stijenske mase reda veličine građevine ili gdje pojedini sustav diskontinuiteta znatno slabiji od ostalih i reprezentira ponašanje stijenske mase, nije moguće koristiti Hoek-Brownov kriterij čvrstoće ili ga je moguće koristiti uz znatan oprez. U tim slučajevima preporuka je analizirati kritičan mehanizam sloma, koji uključuje moguće pojave rotacije i klizanja blokova ili klinova uvjetovanih položajem diskontinuiteta.

Posljednji prijedlog općeg oblika Hoek-Brownovog kriterija čvrstoće stijenske mase predložili su Hoek, Carranza-Torres i Corkum [Hoek et al., 2002] gdje su vrijednosti konstanti mb, s i a zavisene o geološkom indeksu čvrstoće i dane kao:

DGSI

ib emm 1428100

−−

⋅= (2)

DGSI

es 39100

−−

= (3)

)(61

21 3/2015/ −− −+= eea GSI

(4)

U gornjim izrazima D predstavlja faktor koji ovisi o stupnju poremećenosti stijenske mase uslijed oštećenja nastalih miniranjem i relaksacijom. Vrijednost D varira od 0 za neporemećenu stijensku masu in situ do 1 znatno poremećenu stijensku masu, uslijed oštećenja nastalih iskopom.


18

Slika 1. Uvjeti stijenske mase pri kojima se može koristiti Hoek–Brownov kriterij čvrstoće stijenske mase [Hoek, 1994]

Hoek–Brownov kriterij čvrstoće stijenske mase danas je najkorišteniji kriterij za određivanje čvrstoće raspucale stijenske mase, ali nije nadopunjen adekvatnim podacima koji bi potvrdili isti. Postoji vrlo mali broj dokumentiranih slučajeva u kojima je potvrđena veza između korištenog Hoek–Brownovog kriterija čvrstoće i utvrđene pojave sloma. Iskustva stečena pri projektiranju i izvedbi vrlo visokih stijenskih pokosa pokazala su da Hoek-Brownov kriterij za neporemećenu stijensku masu (D=0) daje previše optimistične rezultate, a realni rezultati dobivaju se usvajajući karkteristike poremećene [Hoek and Brown, 1988] stijenske mase (D=1). Opći je zaključak da Hoek–Brownov kriterij još uvijek daje previsoke vrijednosti posmične čvrstoće. To ukazuje na potrebu daljnjih pokušaja uspostave veze procijenjene čvrstoće Hoek–Brownovim kriterijem i utvrđene povratnim analizama na osnovi na terenu utvrđenih slomova u stijenskoj masi, naročito za stijenske mase niskih čvrstoća i klasifikacijskih vrijednosti, a u smislu daljnjih verifikacija uspostavljenog kriterija.

3.3. Kriterij čvrstoće diskontinuiteta

Stijenska masa u pravilu je ispresijecana diskontinuitetima kao što su međuslojne pukotine, pukotine, zdrobljene zone i rasjedi. Ukupna posmična čvrstoća stijenske mase funkcija je čvrstoće diskontinuiteta i čvrstoće mostova u intaktnoj stijenskoj masi koji razdvajaju diskontinuitete. U analizama čvrstoće stijenske mase i čvrstoće diskontinuiteta presudnu ulogu ima veličina normalnih naprezanja na plohu sloma, odnosno na plohu diskontinuiteta. Na malim dubinama, gdje su naprezanja u stijenskoj masi mala, slom intaktne stijenske mase je rijedak, a ponašanje stijenske mase u pravilu je određeno čvrstoćom diskontinuiteta. Pri analizi ponašanja sustava pojedinačnih blokova intaktne stijene, nužno je poznavanje faktora koji utječu na posmičnu čvrstoću diskontinuiteta, koji razdvajaju predmetne blokove stijenske mase [Hoek, 2000].

Posmična čvrstoća potpuno ravnog diskontinuiteta linearna je funkcija normalnih naprezanja na plohi diskontinuiteta i odgovara Mohr-Coulombovom kriteriju čvrstoće. Stvarna kohezija postoji jedino kod diskontinuiteta s ispunom koja posjeduje koheziju ili kod međuslojnih diskontinuiteta sa cementnim vezivom. Kad se uslijed smicanja po diskontinuitetu dosegne vršna čvrstoća, posmična naprezanja padaju na vrijednost rezidualne posmične čvrstoće, uz pad vrijednosti kohezije na vrijednost nula.

Prirodne površine diskontinuiteta u stijenskoj masi nikad nisu potpuno glatke kao one dobivene rezanjem ili zaglađivanjem intaktne stijene za potrebe određivanja bazičnog kuta trenja stijenske mase. Valovitost (eng. undulation) i neravnina (eng.asperity) prirodne površine diskontinuiteta imaju značajan utjecaj na ponašanje diskontinuiteta pri smicanju. Površinska hrapavost (eng. roughness) značajno utječe na povećanje posmične


19

čvrstoće diskontinuiteta. Pri tome ne postoji značajna ovisnost ovih veličina o tipu i litologiji stijenske

mase [Byerlee, 1978]. Faktori koji utječu na posmičnu čvrstoću diskontinuiteta su [Hencher, 1995]:

• Adhezijske veze, • Zatvaranje i uklještenje (interlocking, ploughing) uslijed manjih neravnosti pukotina, • Premoštavanje (izv. prejahivanje) (overriding) većih neravnina pukotina zonama kontakta pukotina i • Premoštavanje između pukotina prostorom intaktne stijenske mase ili zatvorenih neravnina u pukotini.

Patton [Patton, 1966] je ispitivao utjecaj površinske hrapavosti diskontinuiteta na povećanje posmične čvrstoće pokusom na uzorcima kojima su površine nazubljene u obliku pile (eng. saw–tooth) i definirao osnovni zakon čvrstoće diskontinuitetea u koji je uključena neravnost diskontinuiteta.

Kao proširenje Pattonovog kriterija sloma, na osnovi rezultata istraživanja predloženo je više drugih kriterija posmične čvrstoće diskontinuiteta. Barton [Barton, 1973, 1976], Barton i Chouby [Barton and Chouby, 1977], Barton i Bandis [Barton and Bandis, 1990] i Bandis [Bandis, 1992] na osnovi brojnih analiza ponašanja prirodnih diskontinuiteta stijenske mase razvili su empirijski kriterij posmične čvrstoće diskontinuiteta koji uključuje hrapavost (neravnost) (roughness, asperities) površine diskontinuiteta i tlačnu čvrstoću zidova diskontinuiteta. Bartonov kriterij posmične čvrstoće diskontinuiteta glasi:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= b

nn

JCSJRC φσ

στ 10logtan (5)

gdje su • JRC-koeficijent hrapavosti diskontinuiteta (eng. Joint Roughness Coefficient) i • JCS-tlačna čvrstoća zidova diskontinuiteta (eng. Joint Wall Compressive Strenght).

Slika 2. Profili hrapavosti i odgovarajuće vrijednosti JRC [Barton and Chouby, 1977]

Koeficijent hrapavosti diskontinuiteta je broj koji se može dobiti iz usporedbe stanja površine diskontinuiteta sa standardiziranim profilima [Barton and Chouby, 1977], Slika 2.


20

Postupak se provodi vizualnom usporedbom hrapavosti diskontinuiteta i standardiziranih profila

diskontinuiteta s pridruženim vrijednostima JRC. Pri usporedbi je problematična reprezentativnost odabranog uzorka diskontinuiteta, što predstavlja glavni problem pri procjeni i usvajanju posmične čvrstoće diskontinuiteta. Mjerodavni diskontinuitet in situ može biti dugačak više metara ili desetina metara, a vrijednost JRC mora predstavljati cijelu dužinu diskontinuiteta. Alternativnu metodu određivanja JRC predložili su Barton i Bandis [Barton and Bandis, 1982]. Metoda se svodi na određivanje amplitude neravnine (eng. asperity) u odnosu na referentnu liniju diskontinuiteta i duljinu mjernog profila kojeg reprezentira određeni JRC, Slika 3.

Slika 3. Alternativna metoda određivanja JRC mjerenjem amplitude neravnina [Barton and Bandis, 1982]

Prethodni kriteriji čvrstoće diskontinuiteta odnosili su se na diskontinuitete kod kojih je kontakt zidova prisutan na cjelokupnoj površini koja se promatra. Posmična čvrstoća diskontinuiteta značajno pada u slučaju kad na dijelu ili cjelokupnoj površini diskontinuiteta nije ostvaren kontakt zidova, već se između zidova nalazi mekana ispuna kao što je glina. Za ravne diskontinuitete, kao što su slojevi sedimentnih stijena, tanka glinovita ispuna (film) utječe na značajno smanjenje posmične čvrstoće diskontinuiteta. Za hrapave i valovite diskontinuitete kod kojih je debljina ispune veća od amplitude neravnina, posmična čvrstoća diskontinuiteta jednaka je čvrstoći ispune.

Ukoliko je u stijenskoj masi prisutan pritisak vode, smanjuju se normalna naprezanja na površinu diskontinuiteta. U uvjetima stalne razine vode bez tečenja, normalna naprezanja smanjuju se za veličinu pornog tlaka na veličinu efektivnih naprezanja, a vrijede prethodno uspostavljeni odnosi s vrijednostima efektivnih naprezanja.

3.4. Deformabilnost stijenske mase

Modul deformabilnosti stijenske mase in situ neophodan je parametar za svaku numeričku analizu i interpretaciju izmjerenih deformacija u tijeku radova u stijenskoj masi. Deformabilnost stijenske mase ovisi o


21

stupnju raspucalosti stijenske mase, stišljivosti pukotina i stišljivosti intaktnog stijenskog materijala

između pukotina. Jače raspucala stijenska masa ima znatno veću deformabilnost od intaktne stijene. Osim raspucalosti stijenske mase, dodatan utjecaj na deformabilnost ima i utjecaj veličine promatranog problema (eng. scale effect).

Stijenska masa je najčešće raspucala uz pojavu više skupova pukotina koje se pružaju u više smjerova. Ispitivanje deformabilnosti stijenske mase u većem razmjeru nije jednostavno, skupo je, i previše složeno za praktičnu uporabu. Iz gornjih razloga danas se uglavnom koriste empirijske metode u kojima se deformabilnost stijenske mase određuje na osnovi klasifikacije stijenske mase.

Bieniawski [Bieniawski, 1979] je predložio slijedeću relaciju koja uspostavlja vezu između modula deformabilnosti stijenske mase i vrijednosti RMR:

1002 −= RMREm (6)

gdje je vrijednost Em izražena u GPa. Izraz vrijedi za RMR>50. Izraz (6) je empirijski dobiven iz 22 izvedena pokusa određivanja in situ deformabilnosti stijenske mase uglavnom pri izvedbi temelja brana. Nažalost, za stijensku masu RMR<55 izraz daje negativnu vrijednost Em.

Serafim i Pereira [1983] proširili su postojeću bazu podataka i predložili slijedeći izraz:

4010

10−

=RMR

mE (7)

Nicholson i Bieniawski [1990] proširili su izraz (6) na temelju novijih rezultata u:

( ))82.22/(2 8.00028.0 RMRnm eRMREE += (8)

Hoek i Brown [Hoek and Brown, 1997] utvrdili su da izraz Serafima i Pereire dobro opisuje deformabilnost za bolje kvalitetne stijenske mase, ali daje previsoke vrijednosti za slabije stijenske mase. Na osnovi rezultata mjerenja i povratnih analiza Hoek i Brown [Hoek and Brown, 1997] predložili su slijedeću modifikaciju jednadžbe (6) za vrijednosti σc < 100 MPa:

4010

10100

−

=GSI

cmE σ

(9)

Hoek, Carranza-Torres i Corkum [Hoek et al., 2002] predlažu modificirani izraz Hoeka i Browna [1997] uvažavajući poremećenost stijenske mase izazvanu miniranjem ili relakasacijom stijenke mase uslijed iskopa:

4010

101002

1−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

GSIc

mDE σ

(10)

Najopsežnije istraživanje na području određivanje modula deformabilnosti stijenske mase do sada proveli su Hoek i Diederichs [2006] na bazi od oko 500 rezultata terenskih mjerenja modula deformabilnosti u korelaciji s izmjerenim geološkim indeksom čvrstoće te su predložili slijedeći izraz:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

−= −+ GSI)/11)2575((1

2/1100000 Dm eDE (11)

Posljednji izraz pokazao je najbolja slaganja s rezultatima mjerenja in situ i u najčešćoj uporabi u recentnoj inženjerskoj parksi.

4. OPSERVACIJSKE METODE PROJEKTIRANJA IZVEDBE RADOVA U STIJENSKOJ MASI

Pri geotehničkim zahvatima projektiranja i izvedbe građevnih jama u stijenskoj masi, javljaju se elementi na čije veličine je moguće i one na čije veličine nije moguće utjecati. Elementi na koje nije moguće utjecati su

• geološka struktura koja uključuje orijentaciju i učestalost diskontinuiteta, • stanje podzemnih voda u području građevine, • početno stanje naprezanja i • mehaničke značajke stijenske mase.


22

Predmetne veličine ne mogu se promijeniti u odnosu na geometriju iskopa na koju je, u većini slučajeva,

moguće utjecati pa geometrija iskopa i kut nagiba projektirane padine predstavljaju osnovne projektne parametre. Osim gornjih parametara, moguće je utjecati i na tok podzemne vode u padini izvedbom različitih drenažnih sustava, kao i na tip mogućeg sloma izvedbom različitih podgradnih sustava. Mogućnosti korištenja pojedinih podgradnih sustava i dreniranja zasjeka također predstavljaju alternativno rješenje ili mjerodavnu komponentu u odabiru geometrije iskopa i kuta nagiba projektiranog zasjeka u stijenskoj masi [Coates, 1977]. To se posebno odnosi na zasjeke u stijenskoj masi u zahvatima u urbanim sredinama, u kojima ponekad, zbog ograničenja u prostoru, i nije moguće utjecati na geometriju i nagib zasjeka. Projektiranje građevnih jama u stijenskoj masi stoga se svodi na odabir stabilne geometrije i nagiba padine u kombinaciji s primjenom odgovarajućih mjera podgrađivanja i drenažnih sustava [Arbanas, 2002, 2004].

Metodologije projektiranja zasjeka u stijenskoj masi prikazali su Hoek i Bray [Hoek and Bray, 1977] te Hoek i Brown [Hoek and Brown, 1980a]. Osnova za odabir sustava podgrade za potrebno zasijecanja stijenske mase dan je na Slici 4. Predloženom procedurom ukazana je potreba mogućnosti preprojektiranja geometrije zasjeka i/ili uporabe dodatnih podgradnih mjera ukoliko se tijekom iskopa utvrdi mogućnost pojave nestabilnost zasjeka. Ukoliko se kao nužan uvjet osiguranja stabilnosti stijenskog zasjeka predlažu odgovarajuće podgradne mjere, potrebno je razmotriti mogućnost modifikacija koje bi poboljšale stanje stabilnosti ili optimizirale projektno rješenje [Windsor and Thompson, 1992].

Slika 4. Postupak ugradnje projekta podgradnog sustava u projekt iskopa stijenske mase [Windsor and Thompson, 1992]

Prilikom izvođenja ojačanja stijenske mase i izvođenju podgradnih sustava prilikom zasjecanja stijenske mase predložena je terminologija koja opisuje različite aspekte ojačanja stijenske mase u cilju pojašnjenja osnova ponašanja ojačane stijenske mase [Windsor and Thompson, 1993; Windsor and Thompson, 1996]. Predmetna terminologija je vremenom usklađivana u cilju pojednostavljenja projektiranja ojačanja stijenske mase–podgradnih sustava i izvođenja podgradnih sustava [Windsor and Thompson, 1997; Windsor and Thompson, 1998]. Pri tom se koriste slijedeći termini uz odgovarajući podgradni sustav ojačanja stijenske mase [Windsor, 1996]:

Poboljšanje stijenske mase (eng. rock improvement) podrazumijeva termin koji obuhvaća sve postupke poboljšanja stijenske mase u cilju poboljšanja mehaničkih značajki i drugih karakteristika stijenske mase. Poboljšanje stijenske mase uključuje metode za poboljšanje čvrstoće i smanjenje deformabilnosti stijenske mase kao što su ojačanje stijenske mase, mjere podgrađivanja, smrzavanja tla i prekonsolidacije, kao i postupke za promjenu drugih značajki stijenske mase kao što je smanjenje pornih pritisaka dreniranjem i smanjenje propusnosti injektiranjem.

Podgrađivanje i ojačanje stijenske mase (eng. rock support and rock reinforcement) predstavljaju termine koji se često zamjenjuju i upotrebljavaju u obrnutom značenju. Ova dva termina se ipak jasno razlikuju u načinu primjene metode kojom se stabilizira zasjek u stijenskoj masi. Pri tom, u osnovi, termin podgrađivanje (Rock Support) podrazumijeva primjenu metode kojom se aktivira sila ili opterećenje na pokos zasjeka, i uključuje tehnička rješenja kao što su nasipavanje, izvedba oplata, čeličnih ili betonskih podgradnih konstrukcija, mlaznog betona i druge. Ojačanje stijenske mase (Rock Reinforcement) podrazumijeva poboljšanje većine značajki


23

stijenske mase unutar same stijenske mase i uključuje tehnike i ugradnju elementa u stijensku masu kao

što su štapna sidra i prednapeta sidra. Prethodna i naknadna ojačanja stijenske mase (eng. pre–reinforcement and post–reinforcement).

Prethodna ojačanja predstavljaju mjere ojačanja prije izvođenja zasjeka u stijenskoj masi, naknadna ojačanja predstavljaju mjere ojačanja stijenske mase po izvršenom zasijecanju stijenske mase.

Prethodno napregnuta i naknadno napregnuta ojačanja stijenske mase (eng. pre–tensioned and post–tensinoned reinforcement). Prethodno napregnuta ojačanja stijenske mase pretpostavljaju uvođenje naprezanja u stijensku masu tijekom izvedbe ojačanja. Naknadno napregnuta ojačanja predstavljaju naknadna naprezanja ili dodatna nprezanja sustava ojačanja stijenske mase koja se izvode tijekom izvođenja zasjeka na već izvedenim sustavima ojačanja.

Trajna ojačanja i privremena ojačanja stijenske mase (eng. permanent reinforcement and temporary reinforcement). Namjena pojedinog iskopa određuje traženu kvalitetu sustava ojačanja stijenske mase i način ugradbe. Trajna ojačanja predviđena su za dugo vrijeme svoje aktivnosti, dok privremene mjere ojačanja imaju i ograničeni period trajanja.

Primarna, sekundarna i tercijarna ojačanja stijenske mase (eng. primary, secondary nad tertiary reinforcement). Objašnjenja pojedinih termina vezana su na značaj pojedinih dijelova sustava ojačanja stijenske mase u osiguranju ukupne stabilnosti pokosa zasjeka, te se predmetne termine ne smije miješati s pojmovima trajne ili privremene stabilnosti pokosa zasjeka. Primarna ojačanja koriste se za postizanje ukupne stabilnosti zasjeka, sekundarna ojačanja koriste se za osiguranje stabilnosti srednjih do većih blokova ili zona između elemenata primarnog ojačanja, dok se tercijarna ojačanja koriste za kao površinska ojačanje osiguranje mogućih površinskih oslabljenja i degradacije (erozije).

Potpuno je jasno da opisani pristup zahtijeva intervencije koje se potvrđuju tek tijekom izvedbe radova. Uobičajeni pristup u procesu projektiranju podrazumijeva završetak projekta prije početka gradnje. U geotehničkom inženjerstvu u stijenskoj masi, u kojoj se, za razliku od drugih grana projektiranja, materijali odlikuju izrazitom heterogenošću i praktično ih je nemoguće kontrolirati, postoji velika neizvjesnost u odabiru projektnih parametara. Korištenjem klasičnog pristupa završetka projekta prije gradnje, kako bi konstrukcija sadržavala zadovoljavajući faktor sigurnosti, u konzervativnom pristupu projektiranju koriste se najnepovoljniji uvjeti koji se mogu pojaviti u stijenskoj masi. Dimenzioniranje geotehničke konstrukcije na temelju odabira najnepovoljnijih parametara, rezultira ekonomski nepovoljnom konstrukcijom.

Ukoliko se u ovakvom pristupu projektiranju, tijekom izvedbe radova provode mjerenja i promatranja ponašanja geotehničke konstrukcije predviđena projektom, rezultati mjerenja služe samo kao potvrda da se geotehnička konstrukcija ponaša u predviđenim i dozvoljenim okvirima, ali ne postoji tendencija da se geotehnička konstrukcija prilagodi stvarnim uvjetima tla. Ukoliko se tijekom gradnje ustanovi da su geotehnički uvjeti znatno povoljniji od onih predviđenim projektom, nije moguće izvršiti promjenu u cilju uštede na konstrukciji (bez promjene dokumentacije, što znači i dozvole za gradnju). Ukoliko se tijekom gradnje na konstrukciji pojave nedozvoljeni pomaci i deformacije, kao posljedica uvjeta lošijih čak i od konzervativne procjene usvojene u projektu, nastupa izvanredna situacija koja nije predviđena projektnim rješenjem.

Stoga se u projektiranje i izvođenja građevnih jama u stijenskim masama u pravilu uvodi opservacijska metoda koja omogućuje modifikaciju elemenata podgrađivanja zidova građevne jame u skladu s ustanovljenim značajkama stijenske mase in situ utvrđene iskopom i rezultatima monitoringa.

4.1. Opservacijske metode u geotehničkom inženjerstvu

Korištenje opservacijskih metoda započelo je u ranoj inženjerskoj praksi uslijed nedostatka projektnih teorija u graditeljstvu. Konstrukcije u graditeljstvu projektirane su na osnovi pokušaja i pogrešaka, ali su bile promatrane tijekom izvedbe kako bi se shvatila interakcija temeljnog tla i konstrukcije, ponašanje konstrukcije te kako bi se poboljšali budući projekti [Nicholson et al., 1999]. Integrirani proces predviđanja ponašanja i monitoringa konstrukcije, revizije projektnog rješenja i modificiranja projekta razvijan je od strane Terzaghija i Pecka [1948, 1967] od polovice prošlog stoljeća do konačnog usvajanja u inženjerskoj praksi do kraja 1990 godine.

Pojam „opservacijske metode“ uveo je Peck [1969] godine u poznatoj Rankine Lecture kroz osam postavki koje su naknadno usvojene i proširene u praktičnom korištenju. U ovom pristupu proces građenja geotehničke konstrukcije započinje s projektom temeljenim na pretpostavkama o optimističnijim uvjetima u tlu od onih korištenih u konzervativnom klasičnom pristupu, ali uz uvjet da se omogući promatranje geotehničke konstrukcije. Projekt mora sadržavati i mjere koje će se poduzeti ako ponašanje geotehničke konstrukcije izađe iz okvira ponašanja predviđenih projektom (u oba smjera). Projektiranje se nastavlja tijekom gradnje, projekt se prilagođava stvarnom stanju na terenu na temelju rezultata mjerenja i opažanja na ugrađenoj mjernoj opremi.


24

Peck [1969] je identificirao dvije osnovne mogućnosti korištenja opservacijske metode: od početka

projekta, ab initio (lat.) ili tijekom gradnje kad nastupe neočekivana događanja, best way out (eng.). Opservacijska metoda zasniva se na slijedećih osam nužnih principa:

• Istražni radovi su dovoljni za utvrđivanje opće prirode i svojstava tla, ali ne i nužno detaljni, • Procjena najvjerojatnijih prilika u tlu kao i mogućih najnepovoljnijih odstupanja od tih prilika, • Izrada projekta temeljena na radnoj hipotezi o najvjerojatnijim prilikama u tlu, • Određivanje veličine koje će se opažati tijekom izvođenja te njihov proračun na temelju radne hipoteze, • Proračun veličina koje će se opažati za najnepovoljnije prilike u tlu, • Prethodni izbor djelovanja ili promjena u projektu za svako predvidivo znatnije odstupanje opaženih od

predviđenih veličina, • Mjerenje veličina kojima će se opažati i vrednovati stvarno stanje, • Promjene projekta radi prilagodbe stvarnom stanju.

Jedna od najznačajnijih primjena i modifikacija je u prihvaćanju osnovnih postulata opservacijske metode u Eurocode 7 (EC7) [Nicholson et al., 1999], kojim je opservacijska metoda prvi put usvojena u smislu prihvaćene norme u primjeni. Iako je geotehničko inženjerstvo u stijenskoj masi kroz Eurocode 7 relativno slabo zastupljeno i razjašnjeno, opservacijskoj metodi u ovom području svakako predstoji značajna budućnost. Prema Eurocode 7 granična stanja mogu se verificirati proračunima, eksperimentalnim modelima zasnovanim na pokusima, opservacijskom metodom ili kombinacijom ovih metoda [Bond and Harris, 2008; Nicholson et al., 1999]. Eurocode 7 prepoznaje ulogu opservacijske metode u projektiranju i izvedbi radova, ali vrlo slabo određuje na koji način se ista provodi.

Eurocode 7 određuje provođenje opservacijske metode kroz slijedeće odredbe: • Kada je predviđanje ponašanja geotehničke konstrukcije otežano, moguće je primijeniti pristup

korištenjem opservacijske metode u kojem se projekt može mijenjati tijekom izvođenja. • Tijekom izvođenja plan opažanja treba provesti u potpunosti. • Rezultate opažanja treba razmatrati u prikladnim fazama, a planirane mjere korekcije geotehničke

konstrukcije treba provesti ako su granice ponašanja prekoračene. • Mjernu opremu treba zamijeniti ili proširiti ako prestane davati pouzdane podatke ili ih daju u

nedovoljnom opsegu. Prije početka izvođenja geotehničke konstrukcije, moraju biti zadovoljeni slijedeći uvjeti:

• Moraju se utvrditi prihvatljive granice ponašanja geotehničke konstrukcije; • Potrebno je procijeniti raspon mogućeg ponašanja geotehničke konstrukcije te projektom treba dokazati

da postoji prihvatljiva vjerojatnost da će stvarno ponašanje geotehničke konstrukcije biti unutar prihvatljivih granica;

• Potrebno je izraditi plan opažanja koji će pokazati da se stvarno ponašanje geotehničke konstrukcije nalazi u okvirima prihvatljivih granica; opažanje mora omogućiti da se odstupanja utvrde u dovoljno ranoj fazi i u dovoljno kratkim intervalima kako bi se omogućila pravodobna primjena mjera korekcije;

• Vrijeme odaziva instrumenata i postupaka analize rezultata mora biti dovoljno kratko u odnosu na mogući razvoj ponašanja geotehničke konstrukcije;

• Potrebno je uspostaviti plan mjera korekcije koje će se primijeniti ako opažanja upućuju na ponašanje geotehničke konstrukcije izvan prihvatljivih granica.

Sve navedene odredbe i uvjeti postavljeni su općenito što ostavlja mogućnost projektantu da projekt u kojem koristi opservacijske metode postavi i oblikuje u skladu sa sojim doživljavanjem observacijske metode.

4.2. Planiranje i provođenje monitoringa

Promatranje ponašanja i monitoring pri izvedbi građevnih jama predstavlja osnovni uvjet za primjenu opservacijskih metoda u geotehničkom inženjerstvu. Sustav monitoringa je lanac s mnogo slabih veza, s većim zahtjevima od drugih zadataka geotehničkog inženjerstva, te zahtjeva sustavno upravljanje, provođenje i stručnost u korištenju mjerne opreme koja je u cijelom postupku samo alat [Bond and Harris, 2008; Nicholson et al., 1999].

U planiranju i provođenju monitoringa treba provesti slijedeći korake [Bond and Harris, 2008; Nicholson et al., 1999]:

• Definirati uvjete projekta; • Predvidjeti mehanizme preko kojih se može kontrolirati ponašanje tla i/ili geotehničke konstrukcije. • Definirati geotehnička pitanja na koja će sustav monitoringa dati odgovore; ako ne postoji pitanje, nije

potreban niti mjerni uređaj; • Definirati svrhu mjernih uređaja;


25

• Definirati izbor parametara koje treba mjeriti, pri čemu parametri mogu biti rezultat uzroka ili posljedice; • Predvidjeti rezultate kako bi se odabrala potrebna osjetljivost i točnost mjernih uređaja; prema najvećoj

očekivanoj vrijednosti vrši se odabir raspona, a prema najmanjoj očekivanoj vrijednosti, odabir mjernog uređaja odgovarajuće osjetljivosti i točnosti;

• Odrediti mjere intervencije u smislu podizanja stupnja sigurnosti i zaštite za sve potencijalno opasne, hazardne situacije;

• Dodijeliti zadatke vezane za monitoring sudionicama građenja (investitor, projektant, provoditelj mjerenja, izvođač…);

• Odabir mjernih uređaja; najvažniji kriterij pri odabiru je pouzdanost, a prednost imaju što jednostavniji uređaji. Mjerna oprema trebala bi imati dobre reference i trajnost u okolišu u kojem je instalirana, a potrebno je osigurati i zahtijevanu točnost mjerenja, minimalan utjecaj opreme na konstrukciju, te minimalne poteškoće pri ugradnji opreme i mjerenjima;

• Odabir lokacija na kojima će se ugraditi mjerna oprema; izabrana lokacija mora rezultirati reprezentativnim mjerenjima i biti kompatibilna s provedenim analizama koje će se koristiti u interpretaciji rezultata;

• Registriranje faktora koji mogu utjecati na izmjerene podatke – korištenje mjerne opreme obično uključuje povezivanje rezultata mjerenja s uzrocima;

• Osigurati točnost mjerenja; • Popisati mjernu opremu i odrediti specifičnu svrhu pojedinog mjernog uređaja, odnosno opravdati

planiranu opremu; • Nabava mjerne opreme; podjela odgovornosti između sudionika u projektu, određivanje primjerene cijene

koštanja opreme; • Planiranje ugradnje mjerne opreme; potrebno je unaprijed planirati faze ugradnje, pridržavajući se

uputstava proizvođača i smjernica projektanta koji je upoznat s geotehničkim uvjetima lokacije. • Planiranje redovite kalibracije i održavanja mjerne opreme; mjerenje na ugrađenoj mjernoj opremi

prihvatljivo je jedino ako je provedena odgovarajuća kalibracija opreme; • Planiranje prikupljanja podataka, obrade, prezentacije, interpretacije, i izvještavanje; • Ugovoriti usluge terenske izvedbe mjerenja koje se odnose na ugradnju opreme, redovite kalibracije i

održavanje, te prikupljanje podataka, obradu, prezentaciju, interpretaciju i izvještavanje. Mjerna oprema izuzetno visoke preciznosti mjerenja može biti nepouzdana ukoliko se previdi samo jedan

važan, a naizgled vrlo malen zahtjev tijekom ugradnje.

4.3. Izvedba radova i aktivno projektiranje

Faza aktivnog projektiranja tijekom gradnje, ili druga faza projektiranja, sastoji se u nadzoru nad izvedbom radova tijekom izvedbe iskopa i podupiranja zidova kao i monitoringa svih potrebnih aktivnosti potrebnih za osiguranje sigurne izvedbe radova unutar traženih granica stabilnosti. Sveukupne aktivnosti uključuju provođenje nadzora i monitoring kako je to propisano projektom [Kovačević, 2003] kao i inženjerskogeološko kartiranje zidova jame uključujući klasifikaciju stijenske mase i ispitivanje uzoraka stijene tijekom iskopa [Arbanas, 2002]. Na osnovi prethodnih informacija provode se slijedeće aktivnosti kako slijedi [Arbanas et al., 2007]:

-Na osnovi inženjerskogeološkog kartiranja in situ stanje stijenske mase na zidovima građevne jame moguće je utvrditi puno preciznije nego tijekom geotehničkih istražnih radova i predviđeni mogući mehanizam sloma može se usvojiti, kao i elemente za klasifikaciju stijenske mase.

-Podaci za klasifikaciju stijenske mase mogu se kompletirati na osnovi ispitivanja čvrstoće intaktne stijene i karakteristika utvrđenih pukotinskih sustava [Bieniawski 1989]. Metode kojima se utvrđuje jednoosna čvrstoća intaktne stijene uključuje i Point Load Test [ISRM, 1985], s kojim se čvrstoća intaktne stijene može ustanoviti brzo i na velikom broju uzoraka. Na osnovi provedene klasifikacije, kriterij čvrstoće stijenske mase može se ustanoviti u korelacijama s ustanovljenim empirijskim korelacijama [Hoek and Brown, 1997, Hoek et al., 2002].

-Podaci potrebni za utvrđivanje modula deformabilnosti stijenske mase utvrđuju se na osnovi rezultata geodetskih mjerenja kao i mjerenja pomaka inklinometrima i ekstenzometrima-deformetrima. Jedan od osnovnih elemenata aktivnog projektiranja je monitoring tijekom iskopa i izvedbe podupiranja zidova iskopa, koji uključuje mjerenje pomaka mjernih točaka na konstrukciji, kao i mjerenje pomaka u stijenskoj masi inklinometrima i ekstenzometrima-deformetrima. Ta mjerenja omogućuju određivanje modula deformabilnosti stijenske mase s odgovarajućom točnošću na osnovi provedenih povratnih analiza ponašanja stanja naprezanja i deformacija u kojima se mjerene i računske vrijednosti usklađuju do razine prihvatljive inženjerske točnosti


26

rezultata [Arbanas, 2002; 2003; 2004; Arbanas et al., 2003; 2004; 2005; 2006; 2007; Kovačević and

Szavits-Nossan, 2006]. Moduli deformabilnost stijenske mase mogu se procijeniti i iz korelacija s klasifikacijskim vrijednostima [Bieniawski, 1989; Serafim and Pereira, 1983; Hoek et al., 2002; Arbanas et al., 2005; Hoek and Diederichs, 2006]. Ipak, takve su procjene vrlo često vrlo općenite i ne mogu biti pouzdane kao vrijednosti dobivene mjerenjima.

- Na osnovi pokusa čupanja sidara [ISRM 1981], moguće je odrediti krutost sidara u područjima radnih sila nanešenih na sidra. U kombinaciji s izmjerenim pomacima moguće je odrediti vrijednosti aktivne sile koje djeluju u sidrima u pojedinim fazama izvedbe građevne jame. Puno pouzdaniju metodu predstavlja ugradnja mjernih ćelija na sidra ili korištenje podataka mjerenja na ekstenzometrima instaliranim neposredno uz sama sidra [Thompson et al., 1995].

-Sve ove procjene i mjerenja omogućuju povratne analize ponašanja stijenske mase tijekom izvođenja radova. Povratne analize stanja naprezanja i deformacija s usvojenim vrijednostima značajki čvrstoće stijenske mase zasnovanim na klasifikacijama, tada se koriste za utvrđivanja modula defomabilnosti stijenske mase. Na osnovi izmjerenih vrijednosti pomaka ui utvrđene krutosti geotehničkih sidara mogu se odrediti vrijednosti ostvarenih sila u sidrima. Vrijednosti ostvarenih sila u sidrima tada se mogu koristiti za utvrđivanje stabilnosti zidova građevne jame koristeći jednu od uobičajeno usvojenih metoda analize granične ravnoteže. Rezultat tih analiza daje točniju vrijednost stvarne stabilnosti zasjeka u stijenkoj masi ojačanoj sidrima i izraženoj u obliku faktora sigurnosti. Ova procedura slijedi izvođenje pojedinih faza izvedbe građevne jame u stijenskoj masi [Arbanas 2002, Arbanas et al. 2007] i omogućuje optimizaciju izvedbe podgradne konstrukcije.

Geotehnički projekt, slijedeći opisani način izvedbe, bolje prikazuje stanje stabilnosti zasjeka u stijeni kao funkciju izračunatih vrijednosti sila u geotehničkim sidrima koji se koriste u geotehničkim analizama stabilnosti. Analize stanja naprezanja i deformacija koriste se za određivanje graničnih vrijednosti deformacija stijenske mase u zasjeku kroz prvu fazu geotehničkog projektiranja u geotehničkom projektu kao i tijekom druge faze u izvedbi konstrukcije, kada deformacije također imaju važnu ulogu u optimizaciji konstrukcije. Na osnovi vrijednosti izmjerenih deformacija tijekom početnih faza izvedbe građevne jame i utvrđivanja stvarnih in situ modula deformabilnosti stijenske mase, moguće je procijeniti vrijednosti konačnih deformacija i u usporedbi s dopuštenim graničnim vrijednostima optimizirati konstrukciju.

5. PRIMJERI IZVEDBE GRAĐEVNIH JAMA U STIJENSKOJ MASI

Prema prethodno opisanoj metodologiji projektiranja i korištenjem opservacijske metode uspješno je izveden veliki broj građevnih jama u urbanom području u gradu Rijeci, Hrvatska [Arbanas, 2002; 2003, 2004; Arbanas et al., 2003; 2004; 2005; 2006; 2007, 2009]. Pri tome se, zbog blizine okolnih građevina, ponekad čak na samom rubu iskopa moralo nužno voditi računa, osim o stabilnosti zidova građevne jame, na kontrolu ostvarenih deformacija, kako ne bi došlo oštećenja susjednih građevina. U nastavku se daju pregledi izvedbe pojedinih građevnih jama na području Rijeke.

5.1. Građevna jama Zagrad A u Rijeci

Građevna jama na lokaciji Zagrad A izvedena je u samom centru grada Rijeke za potrebe izgradnje garaže sa 6 podzemnih etaža te stambeno-poslovnog kompleksa u vremenu od 2000 do 2002. Geološka građa lokacije izuzetno je složena: vapnenačka stijenska masa prisutna je na bokovima, dok središnji dio lokacije presijeca jaruga s debelim glinovitim naslagama. U sjevernom dijelu lokacije, s najvišim zasijecanjima postojećeg terena, kontakt je vapnenaca i flišnih naslaga.

Iskop građevne jame izveden je u fazama uz ojačanje stijenske mase štapnim sidrima i odgovarajućim podgradnim sklopom: roštiljnom konstrukcijom u neposrednoj blizini građevina ili višeslojnim armiranim mlaznim betonom. Tijekom izvođenja radova uspostavljen je monitoring sastavljen od mjerenja, promatranja i praćenja ponašanja podgradnih sustava, ugradnjom vertikalnih inklinometara i horizontalnih deformetara te geodetskih točaka i provedenim mjerenjima po pojedinim fazama iskopa. Uspostavljena je procedura aktivnog projektiranja koja je omogućila potrebne promjene u zahvatima ojačanja stijenske mase u zasjecima. Najveća zasijecanja napravljena su u sjevernom dijelu građevne jame neposredno ispod postojeće prometnice i građevine, te je u tom dijelu uspostavljen sustav za praćenje ponašanja stijenske mase u zasjecima. Program praćenja, opažanja i promatranja obuhvatio je geodetsko opažanje mreže repernih točaka postavljanih sukcesivno s izvođenjem radova na ukupno osam kontrolnih geodetskih profila, te kontrolna mjerenja pomaka na dva vertikala inklinometra – ekstenzometra (deformetra) i tri horizontalna ekstenzometra (deformetra) postavljenim na lokacijama koje omogućuju odgovarajuće praćenje ponašanja zasjeka tijekom odvijanja radova, Slika 5.


27

Izvođenje radova na pokosu na sjevernom dijelu građevne jame, kao najzahtjevnijem geotehničkom

zahvatu građevne jame, provedeno je iskopom u fazama u uzdužnim etažama visine 2,0 m i sukcesivnom izvođenju roštiljnoga podgradnog sustava ojačanog samobušivim štapnim sidrima od vrha prema dnu iskopa. Provođenjem povratnih analiza stanja naprezanja i deformacija na osnovi izmjerenih deformacija i provedenih ispitivanja testova nosivosti štapnih sidara omogućeno je praćenje i prognoziranje ponašanja stijenske mase u zasjeku u idućim fazama iskopa.

Slika 5. Poprečni presjek građevne jame na računskom i mjernom profilu [Arbanas, 2002; 2003]

Radovi na građevnoj jami provedeni su uz manje intervencije sekundarnim i tercijarnim ojačanjima u podgradnom sustavu u okviru projektiranih mjera ojačanja stijenske mase do projektirane kote iskopa, Slika 6. Primarno ojačanje udvostručeno je u području fliša utvrđenom unutar karbonatnih naslaga. Ostvareni maksimalni pomaci, iako višestruko veći od prognoziranih analizama stanja naprezanja i deformacija, u ugrađenim štapnim sidrima su zbog pomaka aktivirala sile znatno manje od računskih, te nije postojala potreba za dodanim ojačanjem primarnoga podgradnog sustava. U tako izvedenoj građevnoj jami izgrađena je konstrukcija druge faze kompleksa - podzemne garaže kapaciteta 857 parkirnih mjesta.


28

Slika 6. Završna faza izvedbe osiguranja pokosa na građevnoj jami Zagrad A u Rijeci [Arbanas, 2002] (Foto Ž. Arbanas)

5.2. Građevna jama kompleksa plivališta na Kantridi u Rijeci

Na Kantridi u Rijeci za potrebe Europskog prvenstva u plivanju izgrađen je kompleks bazenskih plivališta od 2005. do 2008. godine. Kompleks je uključio garažu, tri bazena i servisne građevine oko postojećeg bazena. Izvođenje garaže u sjevernom dijelu lokacije predstavljalo je geotehnički najzahtjevniji dio gradnje zbog potrebe zasijecanja platoa za gradnju ispod postojeće prometnice i benzinske stanice. Geotehničke značajke lokacije su vrlo složene: Na bočnim dijelovima lokacije stijenska masa nalazila se na površini terena dok je u središnjem dijelu lokacije utvrđena duboka jaruga ispunjena glinom-crvenicom. Prirodni teren bio je izmijenjen prošlim zasijecanjima i nasipavanjima. Dno jaruge nalazilo se na koti 15.50 do 18.50 m n.m., prometnica iznad lokacije na koti 24.50 m n.m. a planirano dno građevne jame na koti 11.80 m n.m. Tlocrtne dimenzije garaže iznose 75x20 m. Građevna jama izvedena je u više faza koristeći potporne zidove za pridržanje površinskog sloja tla te roštiljnu konstrukciju u kombinaciji sa štapnim sidrima i višeslojnim mlaznim betonom na zidovima građevne jame [Arbanas et al., 2007], Slika 7. Tijekom izvođenja radova uspostavljen je sustav monitoringa i aktivnog projektiranja. Sustav monitoringa sastojao se od mjerenja, promatranja i praćenja ponašanja podgradnih sustava, ugradnjom vertikalnih inklinometara i horizontalnih deformetara te geodetskih točaka i provedenim mjerenjima po pojedinim fazama iskopa.


29

Slika 7. Detalj konstrukcije na dijelu zasjeka na građevnoj jami Kantrida u Rijeci [Arbanas et al., 2007] (Foto Ž. Arbanas)

Description: WSC Kantrida, RijekaComment: Stress-Strain analysAnalysis Type: Load/Deformation

-0.0

03

-0.0

025

-0.0

02

-0.00

15

-0.0

01

-0.0

005

Distance (m)-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Leve

l (m

a.s

.l.)

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Slika 8. Analiza stanja naprezanja i deformacija za završnu fazu iskopa na građevnoj jami Kantrida u Rijeci [Arbanas et al.,

2007]

To je osiguralo potrebne podatke za povratne analize stanja naprezanja i deformacija, prema prije opisanoj proceduri, što je omogućilo uvid u realno stanje ponašanja stijenske mase i primijenjenog sustava ojačanja, Slika 8. Procedura aktivnog projektiranja omogućila je intervencije i promjene u sustavu ojačanja stijenske mase tijekom gradnje. Građevne jama je po opisanoj proceduri uspješno završena krajem 2006. godine, Slika 9.


30

Slika 9. Pogled na izvedenu konstrukciju na građevnoj jami Kantrida u Rijeci [Arbanas et al., 2007] (Foto: T. Pap)

5.3. Građevna jama Zagrad B u Rijeci

Građevna jama na lokaciji Zagrad B izvedi se u samom centru grada Rijeke, neposredno uz garažni kompleks Zagrad A, za potrebe izgradnje garaže sa 4 podzemne etaže te stambeno-poslovnog kompleksa iznad garaže. Gradnja je započela u travnju 2012. godine a predviđeni završetak gradnje je u 2014. godini. U trenutku pisanja ovog rada iskop građevne jame dosegao je dno druge podzemne etaže. Cjelokupan iskop provodi se u vapnencima, ali je zbog okolne postojeće gradnje zahvat izuzetno složen. Lokacija je okružena blokom stambenih zgrada starih približno 100 godina na sjeveru udaljenih 4 m od ruba građevne jame na sjevernoj strani lokacije i garažno-stambeno-poslovnim centrom Zagrad A s postojećom građevnom jamom udaljenom 9 m sa zapadne strane, dok je iskop nove građevne jame predviđen vertikalno uz postojeću zgradu. Najsloženija situacija je prema jugu: približno paralelno s građevnom jamom položen je postojeći željeznički tunel na udaljenosti od 9 do 16 m od planiranog ruba iskopa. Željeznički tunel izgrađen je 1872. godine bez podgradnog sustava, sa samo 5 do 9 m nadsloja, a dno iskopa građevne jame biti će 5 m niže od nivelete tunela. Također je predviđeno i širenje tunela, što je u geotehničkim analizama moralo biti sagledano.

Nakon provedenih složenih analiza u kojima su sagledane sve moguće interakcije građevina te mogući utjecaji gradnje, pristupilo se je izvedbi radova. U prvoj fazi izvršilo se ojačanje tunela mlaznim betonom i štapnim sidrima. Iskop građevne jame projektiran je u fazama uz ojačanje stijenske mase štapnim sidrima i odgovarajućim podgradnim sklopom u obliku roštiljne konstrukcije s prednapregnutim i štapnim geotehničkim sidrima, Slika 10. Tijekom izvođenja radova uspostavljen je monitoring sastavljen od mjerenja, promatranja i praćenja ponašanja podgradnih sustava, ugradnjom vertikalnih inklinometara i horizontalnih deformetara, mjernih ćelija na sidrima, te geodetskih točaka i provedenim mjerenjima po pojedinim fazama iskopa. Uspostavljena je procedura aktivnog projektiranja koja je omogućila potrebne promjene u zahvatima ojačanja stijenske mase u zasjecima. Program praćenja, opažanja i promatranja obuhvatio je geodetsko opažanje mreže repernih točaka postavljanih sukcesivno s izvođenjem radova na ukupno šest kontrolnih geodetskih profila, opremljenih vertikalnim inklinometrima – ekstenzometrima (deformetrima) i horizontalnim ekstenzometrima (deformetrima) postavljenim na lokacijama koje omogućuju odgovarajuće praćenje ponašanja zasjeka tijekom odvijanja radova.


31

Slika 10. Pogled na dio konstrukcije na građevnoj jami Zagrad B u Rijeci (Foto P. Kursar).

U sadašnjoj fazi iskopa sve izmjerene deformacije, kao i sile u sidrima u skladu su s očekivanim veličinama utvrđenim proračunima.

6. ZAKLJUČAK

Opservacijske metode izvedbe građevnih jama zasnovane su na proračunima za prosječno stanje stijenske mase, a na osnovi mjerenja omogućene su promjene projekta tijekom izvedbe. Projektiranje po opservacijskoj metodi zahtijeva sudjelovanje projektanta u projektu od provođenjima istražnih radova do izvedbe.

Projektiranje po opservacijskoj metodi zahtijeva daleko složeniji projekt, koji mora predvidjeti sve moguće nepovoljne situacije i akcijski plan za svako nepovoljno odstupanje utvrđeno promatranjem. Promatranje konstrukcije po opservacijskoj metodi zahtijeva sustavni pristup suradnje promatrača i projektanta, a promatranje zahtijeva pouzdanost ugrađenog sustava mjerenja i promatranja i iskustvo u korištenju opreme i provođenju radova promatranja, kao osnovu za efikasnost implementacije opservacijske metode.

Korištenje opservacijskih metoda s druge strane omogućuje optimalno izvođenje radova i prilagođavanje utvrđenom in situ stanju stijenske mase te u konačnici omogućuje smanjenje troškova radova, što se korištenjem klasičnih metoda projektiranja u kojima se koriste konzervativne vrijednosti ulaznih parametra nikako ne može postići. To, jasno zahtijeva veći stupanj učešća projektanta u fazi izvođenja radova i stalno prisustvo projektanta sve do završetka radova. Pri tome se najbolji rezultati postižu kad je projektant geotehničke konstrukcije uključen u proces projektiranja od odabira lokacije, projektiranja i izvedbe istražnih radova, kroz cjelokupno projektiranje sve do kraja izvedbe radova.

LITERATURA

[1] Agricola, G. (1950) De Re Metallica. Dover Publications Inc., New York (prevedeno s prve latinske edicije datirane 1556).

[2] Arbanas, Ž. (2002) Utjecaj štapnih sidara naponašanje stijenske mase pri izvedbi visokih zasjeka, Magistarski rad, Građevinski fakultet Sveučilište u Zagrebu, 207 p.

[3] Arbanas, Ž. (2003) Izvedba građevne jame Zagrad u Rijeci, Građevinar, Vol. 55, No. 10, pp. 591-597.

[4] Arbanas, Ž. (2004) Predviđanje ponašanja ojačane stijenske mase analizama rezultata mjerenja izvedenih građevina, Doktorski rad, Građevinski fakultet Sveučilište u Zagrebu, 220 p.

[5] Arbanas, Ž., Kovačević, M.-S. and Szavits-Nossan, V. (2006) Interactive design for deep excavations, Proceeding of XIII Danube-European Conference on Geotechnical Engineering, Active Geotechnical Design in Infrastructure Development, J. Logar, A. Gaberc and B. Majes (eds), Slovenian Geotechnical Society, Ljubljana, May 29-31, Vol. 2, pp. 411-416.

[6] Arbanas, Ž., Jardas, B. and Kovačević, M.-S. (2003) Reinforcement Systems in Construction of Open Pit Zagrad in Rijeka, Croatia, Proceedings from the 13th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Geotechnical Problems with Man-made and Man


32

Influenced Grounds, Prague, Czech Republik, I. Vaniček, R. Barvinek, J. Bohač, J. Jettmar, D. Jirasko and J. Salak (eds), August 25-28, Vol. 2, pp. 23-28.

[7] Arbanas, Ž., Jardas, B. and Kovačević, M.-S. (2004) Excavation of Open Pit Zagrad in Rijeka, Croatia-A case history, Proceedings from the 5th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, New York, NY, USA, April 13-17, pp. 5.64.1-5.64.6.

[8] Arbanas, Ž., Kovačević, M.-S., Grošić, M. and Jardas, B. (2005) Some Experience During Open Pit Excavation in Limestone Rock Mass, Proceeding from the. International Conference EUROCK 2005, Impact of Human Activity on the Geological Environment, P. Konečny (ed), Brno, Czech Republik, May 18-20, A.A. Balkema, Taylor & Francis Group, London, pp. 31-36.

[9] Arbanas, Ž., Grošić, M., Briški, G. (2007) Rock mass reinforcement systems in open pit excavations in urban areas. In Yves Potvin (ed.), Proceedings of 2007 Int. Symp. on Rock Slope Stability in Open Mining and Civil Engineering, Perth, 16.-19. September 2008. Perth: Australian Centre for Geomechanics: 493-504.

[10] Arbanas, Ž.; Grošić, M.; Udovič, D.; Jagodnik, V. (2009) Optimization of rock mass support systems during deep excavations, Proceedings of the regional symposium of the International Society for Rock Mechanics, Eurock 2009, Rock Engineering in Difficult Ground Conditions - Soft Rock and Karst, 29.-31. October 2009, Dubrovnik-Cavtat, Croatia, Ed. I. Vrkljan, CRC Press/Balkema, Taylor & Francis Group, Leiden, pp. 427-433.

[11] Bandis, S.C. (1992) Engineering Properties and Characterization of Rock Disconinuities, In: J.A. Hudson ed. Comprehensive Rock Engineering, Vol. 1, Oxford: Pergamon Press, pp. 155-183.

[12] Barton, N.R. (1973) Review of a New Shear Strength Criterion of Rock Joints, Engineering Geology, Vol. 7, pp. 287-332.

[13] Barton, N.R. (1976) The Shear Strength of Rock and Rock Joints, Int. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics Abstracts, Vol. 13, No. 10, pp. 1-24.

opservacijske metode pri projektiranju i izvođenju građevnih jama u

Documents