SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET

ANDREJA TOMAŠIĆ

PRILOG RAZVOJU GEOTEHNI ČKOG INŽENJERSTVA S NAGLASKOM NA UREĐENJE OKOLIŠA

ZAVRŠNI RAD

VARAŽDIN, 2011

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET

ZAVRŠNI RAD

PRILOG RAZVOJU GEOTEHNI ČKOG INŽENJERSTVA S NAGLASKOM NA UREĐENJE OKOLIŠA

STUDENT; MENTOR; Andreja Tomašić prof.dr.sc Božo Soldo

VARAŽDIN, 2011

SADRŽAJ

1. UVOD............................................................................................................................1

2. OPĆENITO O GEOTEHNIČKOM INŽENJERSTVU I UREĐENJU

OKOLIŠA..........................................................................................................................2

2.1. GEOTEHNIČKO INŽENJERSTVO.........................................................................2

2.2. GRAĐA TLA.............................................................................................................2

2.3. OPĆENITO O UREĐENJU OKOLIŠA....................................................................5

3. PRIMJER UREĐENJA KOD SANACIJE KANALA..................................................9

3.1. UVOD U PROBLEM.................................................................................................9

3.2. ANALIZA UZROKA EROZIJE POKOSA.............................................................10

3.3. SANACIJSKA RJEŠENJA......................................................................................12

4. PRIMJER UREĐENJA KOD SANACIJE KLIZIŠTA...............................................17

4.1. UVOD U NASTAJANJE KLIZIŠTA......................................................................17

4.2. METODE ZA STABILIZACIJU KOSINA.............................................................18

4.3. PRIMJER SANACIJE CESTOVNOG KLIZIŠTA………………..........................22

5. PRIMJER UREĐENJA KOD IZRADE POTPORNIH ZIDOVA..............................23

5.1. OPĆENITO O POTPORNIM ZIDOVIMA.............................................................23

5.2. KLASIFIKACIJA POTPORNIH ZIDOVA PREMA VRSTI

MATERIJALA................................................................................................................24

5.3. ČESTI POTPORNI ZIDOVI....................................................................................28

6. ZAKLJUČAK..............................................................................................................33

7. LITERATURA............................................................................................................34

1. UVOD U današnje vrijeme potreba očuvanja okoliša postaje neoporeciva. Očuvanje okoliša

nije potrebno samo na mjestima gdje dolazi do zagađenja ili onečišćenja, već i na

mjestima gdje se zbog prirodnih pojava ili ljudskih aktivnosti naruši izgled i/ili

stabilnost terena.

Zadaća geotehničkih zahvata je osigurati dugoročno funkcioniranje objekata, a time i

stabilnost terena na kojem ih gradimo. Za svaki takav zahvat vrijedi naći ono rješenje

koje pruža optimalnu sigurnost, a istodobno leži u granicama troškova koji su

ekonomski opravdani. Logično je da i estetska vrijednost, kao i brzina izvedbe igraju

veliku ulogu pri tom odabiru.

Naglasak teme ovoga rada leži na očuvanju okoliša, zbog toga su obrađene teme koje

svojom učinkovitosti i dobrim uklapanjem u okoliš pridonose toj svrsi. Na slici 1.

vidimo potporni zid koji je dobar primjer za oboje.

SLIKA 1. Potporni zid

2. OPĆENITO O GEOTEHNIČKOM INŽENJERSTVU I UREĐENJU OKOLIŠA 2.1.GEOTEHNIČKO INŽENJERSTVO Geotehnika je grana graditeljstva koja se bavi proučavanjem svojstva, stanja i ponašanja

geološke sredine. Nadalje geotehnika proučava zakonitosti promjena u geološkoj sredini

pod utjecajem određene inženjerske djelatnosti ili prirodnog procesa. Dakle možemo

reći da je osnovni predmet proučavanja tlo, u kojem gradimo.

Zahvati i objekti kojima se bavi geotehnika su mnogobrojni; temeljenje, klizišta, nasipi,

usjeci, zasjeci, građevinske jame, odlagališta otpada, itd. Naravno da se kod provedbe

navedenih radova javljaju određeni problemi kao što su stabilnost tla, temeljenje na

slabo nosivom tlu ili visoki nivo podzemnih voda. Kod rješavanje takvih problema

potrebno je opširno znanje iz fizike, mehanike krutih tijela, mehanike fluida, kemije,

geologije, informatike, itd.

Teško je pronaći jednu osobu koja bi zadovoljila sva ta znanja, stoga se rješenja traže u

okvirima timskog rada.

2.2. GRAĐA TLA Tlo je nakupina zrnaca različite veličine i oblika, slika 2. Posebno svojstvo tla je da je

tlo trofazni medij koji se sastoji od tekuće, čvrste i plinovite faze. Plinovita faza je zrak

a tekuća faza je voda u porama tla. Čvrstu faza u tlu čini skelet tla, ako su zrnca

poredana gušće kažemo da je tlo bolje zbijeno. Zastupljenost svake faze u uzorku se

može iskazati pomoću mase i volumena uzorka, koje određujemo mjerenjima. Iz

omjera volumena ili mase uzorka mogu se odrediti neke od veličine koje su presudne

za donošenje odluka o tehničkom korištenju tla.

SLIKA 2. Tlo

Porozitet n je omjer volumena pora u uzorku Vp i volumena cijelog uzorka V.

V

Vn p= (0 ≤ n ≤ 1)

Koeficijent pora e definiran je kao omjer volumena pora Vp i volumena čvrste faze Vs u

uzorku.

s

p

V

Ve = (0 ≤ e ≤ ∞ )

Stupanj saturacije Sr uzorka je omjer volumena pora ispunjenih vodom Vw i volumena

pora Vp u uzorku.

p

wr V

VS = ( 0 ≤ Sr ≤ 1 )

Vlažnost w predstavlja omjer mase vode Mw u uzorku i mase suhog uzorka Md.

d

w

M

Mw = ( 0 ≤ w ≤ ∞ )

Ove četiri veličine su kvocijenti dimenzijski istovrsnih veličina, pa se izražavaju samo

brojem. Često su izražene u postocima, za što se moraju pomnožiti brojem 100.

Do sad smo tlo promatrali kao medij koji se sastoji od zraka, vode i čvrstih čestica, što

je više ili manje realno za uzorak tla. Tlo u prirodi sadrži mnogo živih i neživih

organizama i nije homogeno, slika 3.

SLIKA 3. Tlo u prirodi

2.3. OPĆENITO O UREĐENJU OKOLIŠA Okolišem se smatra čitava čovjekova okolina, živa i neživa priroda te čovjekove

tvorevine. Svaki ljudski zahvat u prirodi ima neke posljedice. Kada gradimo građevinu,

prometnicu ili provodimo neki drugi zahvat, naše djelovanje uvijek utječe na izgled

okoliša. Za vrijeme tih radova se izgled okoliša naruši, to je neizbježna činjenica. No

nakon završetka radova se neki objekti bolje uklapaju u izgled okoline od drugih. Ovdje

je, između ostalog, važno da se upotrebljava materijal koji se već nalazi u prirodi. Dalje

je važno da se sam izgled ljudske tvorevine optimizira, kako bi uljepšao a ne narušio

izgled okoline. S jedne strane ljudski zahvati mogu narušiti prirodnu ljepotu okoline, a s

druge i okolina može negativno djelovati na naše objekte. Zato moramo spriječiti

negativno djelovanje s obje strane.

SLIKA 4. Narušavanje izgleda okoline

Gornja slika pokazuje kako je nužno promišljati i tražiti rješenja određenih zahvata za

poboljšanje zaštite, sanacije i uređenja okoliša.

Često se za stabilizaciju kosina koristi biljno raslinje, jer korijenje učvršćuje tlo.

Međutim biljno raslinje može imati i negativne posljedice na objekte koji se nalaze u

blizini. U slučaju prikazanom na slici 5. korijenje ispod objekta dovodi do pucanja

zidova.

Korijenje upija vlagu iz tla, što dovodi do neravnomjernog slijeganja ispod cijele

građevine, a to opet do pucanja zidova.

SLIKA 5. Utjecaj korijenja drveća na građevinu

SLIKA 6. Utjecaj okoliša na ljudske tvorevine

2.3.1. Sanacija oštećenog tla Postoji mnogo metoda za ojačanje tla, jedna od novijih metoda je duboko injektiranje

ekspanzijskom smolom. Ekspanzijska smola učvršćuje tlo na traženom području, a

ponaša se na različite načine u skladu s karakteristikama tla. U rastresitom tlu mješavina

popunjava praznine i djeluje kao hidrauličko vezno sredstvo, stvara monolitni

konglomerat sa značajnim mehaničkim svojstvima. U koherentnom tlu, mješavina

stvara gustu mrežu kanala, sličnu korijenju biljaka. Tako nastaje komprimirana masa

koja je učvrsnuta tim kanalima.

Djelovanje smole je ograničeno na radijus od maksimalno 2 m, zbog velike brzine

kemijske reakcije prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje. Brza reakcija ima i pozitivne

strane jer nema rasipavanja materijala, i izbjegni se štete nastale nekontroliranom

infiltracijom materijala u teren. Stupanj ekspanzije smole je od 2 pa čak do 20 puta, a

ovisi o otporu na koji nailazi.

Ovako tretirana područja se odlikuju dugoročnom stabilnošću. Propusnost

ekspandiranih smola se može usporediti s glinenim tlom, što onemogućuje ispiranje

materijala.

SLIKA 7. Poboljšanje svojstva tla ekspandirajućom smolom

2.3.2. Zaštita i uređenje biljnim raslinjem Već su rano ljudi primijetili da korijenje veže tlo, te da takve padine imaju strmiji pad i

veću visinu bez većeg urušavanja. Korijenje u tlu djeluje kao prirodna armatura slika 8.

Ova metoda se često koristi za sanaciju i stabilizaciju klizišta.

Najprikladnije su grmolike vrste koje stimuliraju rasađivanje. Nadalje se mora voditi

računa o prikladnosti pojedinih vrsta. Neke vrste već spadaju u novo udomaćene, a rastu

brže i bujnije od većine drugih vrsta.

SLIKA 8. Stabilizacija kosine biljnim pokrovom

SLIKA 9. Biljno raslinje i primjer uređenja kosine biljnim raslinjem

3. PRIMJER UREĐENJA KOD SANACIJE KANALA 3.1.UVOD U PROBLEM Središnji primjer na kojem će se analizirati uloga geotehnike u funkciji zaštite okoliša s

naglaskom na stabilizaciju i uređenje pokosa je odvodni kanal na HE Varaždin. Kanal je

trapeznog oblika, projektiranog nagiba 1:2,5 izveden je dubokim iskopom u pretežno

šljunčanim naslagama dravske naplavine. Od samoga početka rada se na pokosu kanala

u razini vodnoga lica javljaju erozijska mjesta; vododerine, odroni i osipavanje. Do

kojih dolazi u uvjetima promjenjivog režima rada elektrane. Pogled na odvodni kanal

prikazan je na slici 10.

SLIKA 10. Pogled na kanal

3.2. ANALIZA UZROKA EROZIJE POKOSA Do najvećih deformacija u pokosu dolazi u području denivelacije. Pri naglom padu

vodene razine se zrnati materijal znatno destabilizira, zbog čega dolazi do osipavanja

oblutica i šljunka. Sile koje imaju nepovoljni utjecaj na erozijsku otpornost pokosa su :

• Hidrodinamičke sile

• Hidrostatičke sile

• Gravitacijske sile.

Hidrodinamičke sile su sile vrtloženja, sile pri stacionarnom tečenju kroz kanal, sile pri

povratnom procjeđivanju vode kroz tlo. Hidrostatičke su sile uzgona u pojasu varijacije

vodene razine. Gravitacijske su sile uvećanja obujamske težine obalnoga materijala

zbog naglog pada razine vode u koritu.

Već sama prisutnost vode u porama tla, kao i njezino tečenje s mjesta višeg potencijala

na mjesto nižeg potencijala ima sljedeće posljedice:

• Ispod razine vode sila uzgona djeluje na svaki uronjeni volumen

• Spomenuti tok vode s višeg prema nižem potencijalu izaziva hidrodinamičke

sile.

Opisane pojave imaju za posljedicu sile koje djeluju na svaku česticu tla.

Najjednostavnija analiza stabilnosti pokosa je preko djelujućih sila u uvjetima

promjenjivog potencijala. Kad voda u tlu teče zbog razlike potencijala, tada mora

svladati trenje u česticama tla, pri tome se dio potencijalne energije pretvara u rad

trenja. Na potopljeni volumen djeluje dodatna sila trenja i skreće rezultantu silu prema

smjeru tečenja vode kroz tlo.

∆∆∆∆hL

Kut nagibapokosa δδδδ

Smjer strujanja vode jeparalelan s pokosom

p

S

γγγγ′′′′ββββ

SLIKA 11. Poligon sila za uronjeni obujam tla kroz kojega teče voda paralelno s pokosom

Iz slike 11. je vidljivo da vektorskim sumiranjem hidrodinamičke sile S i uronjene

jedinične težine materijala γ΄ nastaje nova rezultanta p na jedinicu volumena tla koja je

skrenuta prema smjeru toka vode u tlu.

Dakle, pišemo : p = S +γ΄

S = i · γw

γ΄= γ sat - γw

gdje je; i- strujni ili hidraulički gradijent, γw -zapreminska težina vode ( 10 kN/m2 ),

γ sat -zapreminska težina suhog tla.

Hidraulički gradijent ima opću formulu :

L

hi

∆=

gdje je; ∆h- razlika ukupnog potencijala, L- put procijeđivanja

Tako je iz slike 2. vidljivo da je u slučaju paralelnog strujanja vode s pokosom

i = sin β.

Također iz poligona sila možemo izračunati kut otklona rezultante p od vertikalne

komponente γ΄ :

⋅+′⋅=

βγβδ

sin

cos

S

Sarctg

Kod nekoherentnih materijala kut nagiba pokosa može, u graničnom slučaju, biti

jednak kutu unutarnjeg trenja tla ( β=φ). Drugim riječima rečeno to znači da je

najstrmiji kut pokosa β jednak kutu unutarnjeg trenja φ za rahlo stanje tla.

Nagib pokosa odvodnog kanala HE Varaždin iznosi 1: 2,5 ako zanemarimo strujanje

vode će kut unutarnjeg trenja za zaobljeni materijal s dobrom graduacijom iznositi

φ=34°. Faktor sigurnosti računamo kao omjer kuta unutarnjeg trenja tla i kuta nagiba

pokosa

69,18,21

34 ===tg

tg

tg

tgFs

βϕ

U nekoherentnim tlima propusnost vode ne utječe na veličinu kuta unutarnjeg trenja, ali

porni tlak može mijenjati otpornost na posmik. U promatranom kanalu je naizgled

smanjenje posmične otpornosti u području denivelacije ( do 2,5 m ). U slučajevima jake

kiše, kad je pokos potpuno zasićen do površine, strujni tlak izaziva smanjenje otpornosti

na posmik u smjeru strujanja vode. Tako za slučaj najkritičnijeg tečenja kad se voda

procjeđuje paralelno s pokosom pišemo;

( )

( )o8,16

90cos

90sin =

+⋅−′+⋅=

βγβδ

S

Sarctg

Sada je faktor sigurnosti manji od 1, te iznosi :

85,0)(

=+

=δβ

ϕtg

tgFs

Ovaj proračun upućuje na mogućnost nestabilnosti pokosa pri strujanju vode paralelno s

pokosom. Moguće je izračunati minimalni kut unutarnjeg trenja kojega bi materijal u

pokosu morao imati. Tada bi faktor sigurnosti Fs ≥ 1, pa je potrebni kut unutarnjeg

trenja φ ≥ β + δ, te konačno iznosi φ ≥39°. Kod ovoga kuta nebi došlo do urušavanja

materijala, jer bi sila trenja između zrna tla bila veća od sila. Sanacijske metode bi

trebale imati cilj, kut unutarnjeg trenja materijala na pokosu što bolje približiti

optimalnoj vrijednosti, kako bi se povećala erozijska otpornost pokosa.

3.3. SANACIJSKA RJEŠENJA Odvodni kanal HE Varaždin je građen u aluvijalnim dravskim šljunkovito-pjeskovitim

materijalima, koji po svojoj prirodi nose veliku opasnost od erozijskog djelovanja

otvorenih kanalskih i povratnih procjednih voda.

Zato je sad važan izbor odgovarajućih metoda i materijala da bi se povećala erozijska

otpornost. Dalje se mora voditi računa o estetskom izgledu terena, što uključuje da se

provedeni zahvati moraju uklopiti u postojeći izgled okoline. Izbijanjem zrna oblutica u

zoni denivelacije dolazi do destabilizacije cijelog pokosa, što se može spriječiti

materijalom iz kamenoloma jako velikog promjera kao i žičanim košarama reno

madraca.

3.3.1. Istraživanja na materijalima Na otpornost na smicanje uvelike utječe oblik zrna. O obliku zrna ovisi pokretljivost

čestica pri jednakoj zbijenosti. Dio otpornosti koji ovisi o ukliještenosti zrna raste ako

su zrna uglasta a pada ako su zaobljena. Oblik zrna i graduacija imaju velik utjecaj na

kut trenja što prikazuje sljedeća tablica.

TABLICA 1 Utjecaj oblika zrna i graduacije na kut trenja φ

Kut trenja ϕ [°] Oblik zrna i garduacija

rahlo zbijeno

Zaobljen, jednolična (U) 30 37

Uglast, jednolična (U) 35 43

Zaobljen, dobra (W) 34 40

Uglasto, dobra (W) 39 45

Prema podacima o veličini čestica i njihovom udjelu u tlu (graduacija) izrađujemo

granulometrijski dijagram. Granulometrijski dijagram prikazuje granulometrijski sastav

tla tj. sadržaj zrna različite veličine u određenoj količini tla izražen u postocima mase,

slika 12.

SLIKA 12. Granulometrijski dijagram

Dalje definiramo promjer efektivnog D10 i dominantnog D60 zrna. Promjer efektivnog

zrna je onaj promjer zrna kojega u ukupnoj količini težine zajedno sa sitnijim česticama

ima 10%. Promjer dominantnog zrna je onaj promjer od kojega je u danom uzorku 60%

zrna manje.

Njihov omjer definira koeficijent jednoličnosti Cu.

10

60

D

DCu =

Koeficijent zakrivljenosti je Cc, a definiran je

6010

230)(

DD

DCc ⋅

=

gdje je; D30 onaj promjer od kojega je u danom uzorku 30% zrna manje.

Ako je koeficijent jednoličnosti Cu > 4 onda je materijal šljunak, a ako je Cu> 6 je

materijal pijesak. Kada je koeficijent zakrivljenosti granulometrijske krivulje 1<Cc<3 je

materijal dobro graduiran. Ako jedan od ova dva uvjeta nije ispunjen onda je šljunak

odnosno pijesak slabo graduiran.

Oblik granulometrijske krivulje uvelike utječe na kut otpornosti na smicanje. Kada

koeficijent jednoličnosti raste će pri istom utrošku rada za zbijanje, koeficijent pora e

biti manji, a sa time će rasti utjecaj ukliještenosti pa konačno i kut trenja φ. Odabir

optimalnog kompozita koji bi nakon ugradnje na predviđeno mjesto morao iskazivati

dobra mehanička svojstva vrši se prema sljedeća četiri kriterija:

1. Granulometrijska raznolikost

2. Veličina zrna

3. Ukliještenost i hrapavost zrna

4. Nesferičan oblik.

S druge strane je ekstremno nepovoljno ako upotrebljeni materijal ne odgovara

navedenim kriterijima. Ako zrna imaju kuglastu formu ili su jednakih dimenzija s

glatkim oplošjima onda je nasipni kut takvih materijala gotovo jednak nuli. Iz

navedenog slijedi da zasipni materijal na HE Varaždin nije odgovarao navedenim

kriterijima.

3.3.2. Zaštita lomljenim kamenom Zaštita lomljenim kamenom se u slučaju hidroelektrane Varaždin provodi samo u

gornjem dijelu pokosa, započinje cca. 1m ispod razine min. vode, a završava na bermi.

Potporni temelji se izvode kao trakasto ojačanje od lomljenoga kamena. Zaštita pokosa

je predviđena u denivelacijskom pojasu kanala, a upotrebljeni materijal se obavezno

mora dopremiti iz kamenoloma.

Ovdje je važno da je upotrebljeni kamen dobro graduiran ( granulometriska

raznolikost), dalje je važno da su zrna dovoljno velika. Zrna nasmiju biti glatka jer

hrapava zrna imaju veći kut unutarnjeg trenja, i moraju odstupati od kuglastog oblika.

Kao što se vidi na slici 13. se najsitniji granulat postavlja do razine berme.

max RV 169,50

min RV 167,00

1.2,5

cca 4,3

m

cca 3,7

m

cca 4,8

m

M1

M2

M3

M1 - ∅ 30-70 cm cca 7 m3/m' kanala;M2 - ∅ 7-15 cm cca 3 m3 /m' kanala;M3 - ∅ 3-7 cm cca 2 m3 /m' kanala.

SLIKA 13. Sanacija miješanim materijalom

3.3.3. Reno madraci Posebna izvedba gabiona su tzv. reno madraci, to su tanke gabionske košare napunjene

oblim granulatom. O gabionima će biti riječi u poglavlju 4. potporni zidovi. Ove košare

karakterizira veliki odnos površinskih dimenzija prema debljini košare. Nakon punjenja

ove košare se prekrivaju poklopnom mrežom, koja se učvršćuje za pobočke i pregrade

košara žičanim kopčama. Na primjeru HE Varaždin koristile su se ove košare u

dimenzijama 4x2x0.3 m. Kod ugradnje Reno madraca najvažnija je procjena kuta

unutarnjeg trenja između Reno madraca i prirodnog materijala na pokusu. Izgled košare

reno madraca i pokosa zaštičenog ovom metodom prikazani su na slikama 14 i 15.

SLIKA 14. Izgled košare reno madraca

SLIKA 15. Zaštita pokosa kanala reno madracem

4. PRIMJERI UREĐENJA KOD SANACIJE KLIZIŠTA 4.1. UVOD U NASTAJANJE KLIZIŠTA Pojam klizanje obuhvaća pokrete tla ili stijena koji nastaju zbog sloma materijala na

granicama pokrenute mase.

Zbog utjecaja gravitacije i dodatnih opterećenja u tlu nastaju naponi smicanja koji su

uzrok kretanjima masa niz kosine. Brzina kretanja može biti vrlo velika (brzo klizanje )

ili neprimjetna ( puzanje ). Na prirodnim kosinama je nagib nakon dugog vremenskog

razdoblja prilagođen stvarnoj čvrstoći tla na smicanje. Tako se objašnjava da su u

prirodi strmije kosine od materijala veće čvrstoće kao npr; pijesak, šljunak i sl. a one

blaže od prašinastog i glinovitog materijala. Do klizanja takvih kosina dolazi kada iz

bilo kojeg razloga dođe do povećanja napona smicanja, tako da premaše čvrstoću tla.

Na kosini nastaje slom i klizanje manjeg ili većeg područja.

Klizanje će se zaustaviti kad se opet uspostavi ravnoteža čvrstoće tla i opterećenja tj.

kada se oblik kosine prilagodi promjeni napona ili kada prestanu djelovati utjecaji koji

su izazvali promjene ( razina podzemne vode, strujni tlak i sl.).

Do promjene napona ili osobina materijala u površinskom sloju, može doći sa i bez

ljudske aktivnosti . Prema tome da li je klizanje posljedica ljudske aktivnosti ili nije,

uzroke klizanja dijelimo u dvije kategorije. U prvu kategoriju ubrajamo postepen porast

strmine kosine uslijed erozije u koritima vodotoka, promjene razine podzemne vode ali i

trajni učinak izluživanja materijala zbog strujanja podzemne vode.

U drugu kategoriju ubrajamo klizanja nastala zbog ljudske aktivnosti; promjene oblika

kosine iskopavanjem ili nasipavanjem, promjene opterećenja gradnjom građevina kao i

promjene prirodnog režima i razine podzemne vode na obalama akumulacijskih jezera.

Kada na prirodnim kosinama mijenjamo uvjete stabilnosti moramo voditi računa o

osiguranju trajne stabilnosti tih područja. Potrebno je naći onaj nagib koji jamči trajno i

sigurno funkcioniranje građevina a istovremeno leži u granicama ekonomske

opravdanosti.

SLIKA 16. Izgled klizišta

4.2. METODE ZA STABILIZACIJU KOSINE Prilikom projektiranja zemljanih radova može se dogoditi da dobiveni podaci o faktoru

sigurnosti pokazuju preniske vrijednosti. Dakle u toku radova mogu se pojaviti

nestabilnosti. Odgovarajućim mjerama mora se osigurati zadovoljavajuća stabilnost. Da

bi tehničko rešenje bilo ekonomski opravdano i sigurno, moraju se naći razlozi

predviđene ili uočene nestabilnosti.

Postoji puno metoda za stabilizaciju kosina, ovdje su nabrojene samo neke;

• Promjena geometrije presjeka

• Drenažne mjere

• Potporne konstrukcije

• Armiranje tla

• Pošumljavanje

4.2.1. Promjena geometrije presjeka Promjena geometrije presjeka uključuje ublažavanje nagiba kosine, dodavanje tereta na

stopu kosine te preraspodjelu mase u presjeku kosine.

Ublažavanje nagiba kosine je vrlo efikasna metoda ako je kritična površina relativno

plitka ( slika 17 a ).

Dodavanje tereta na stopi kosine je za razliku od ublažavanja nagiba efikasna metoda

ako je kritična površina relativno duboka (slika 17 b ).

Preraspodjela mase u presjeku kosine je moguća u slučaju usjeka i zasjeka na padini.

Premještanje mase tla sa višeg na niži dio kosine, ili uklanjanje materijala čime se

formira blaža kosina, su u kombinaciji sa dreniranjem ili dodavanjem tereta u stopi

kosine vrlo pouzdane metode.

SLIKA 17. Stabilizacija kosine promjenom oblika presjeka

4.2.2. Dreniranje Drenažne mjere se poduzimaju radi smanjenja i kontroliranja kretanja vode po površini

kosine, i zbog umanjenja pornih pritisaka. Na slici 18. su prikazani neki tipovi

dreniranja. Osim površinskog dreniranja koje uz vegetaciju predstavlja preventivnu

zaštitu kosina, postoje drenažne mjere za smanjenje arteških pritisaka i/ili presijecanje

vodonosnih slojeva koji utječu na stabilnost kosine. Ovdje se primjenjuju bušotine,

bunari, drenažni tuneli i šahtovi.

SLIKA 18. Tipovi dreniranja

4.2.2.1. Iskop drenova Prvo se postavljaju glavni a zatim dodatni drenovi. Kopani drenovi izvode se pomoću

traktorskih rovokopača, tako da teoretska širina drena bude cca. 50cm. Radove

postavljanja drenova treba planirati u sušnom razdoblju, iako se i tada može očekivati

urušavanje drenažnih rovova do 50% teoretskog obujma. Dno drena bi moralo biti

dublje od klizne plohe, a prosječna dubina je do 3m. Nakon iskapanja jarka u istoga se

postavlja geotekstil 200-300 g/m2. Na dnu drena postavlja se PCV drenažna cijev preko

koje se stavlja drenažni zasip to je mješavina šljunka i pijeska s odgovarajućim

filtarskim sposobnostima. Na kraju se jarak zatvara glinenim slojem kojem je zadatak

da spriječi poniranje površinskih voda u dren.

Važno je napomenuti da se drenovi obavezno kopaju od nižih prema višim kotama.

Postupak građenja drenažnog jarka omotanog geotekstilom prikazan je na slici 19.

SLIKA 19. Građenje drenažnog jarka omotanog geotekstilom; a)iskop

b)postavljanje geotekstila c)nasipavanje posteljice cijevi

d)nasipavanje i zbijanje drenažnog materijala e)omatanje geotekstilom

f)zasipavanje i zbijanje materijala

4.3. PRIMJER SANACIJE CESTOVNOG KLIZIŠTA Na slici 20. prikazan je završni sanirani izgled potpornog gabionskog zida uz trup

ceste. Česti geotehnički problemi vezani uz ceste su kod stabilnosti odnosno

nestabilnosti pokosa, kako na gornjim tako i na donjim pokosima cesta. Uzroci ovim

problemima su prije svega reguliranje oborinskih i procjednih voda. U mekanim

materijalima, pod utjecajem većih količina vode, dolazi do natapanja i promjene u

koheziji što može utjecati na stvaranje kliznih ploha te prouzročiti pomake i odrone tla.

Moguća rješenja su prihvat i odvođenje oborinskih voda, ali i stabilizacija pokosa.

Pokos se može stabilizirati primjenom lomljenog kamena, te gabionskih zidova.

SLIKA 20. Potporni gabionski zid uz trup ceste

5. PRIMJER UREĐENJA KOD IZRADE POTPORNIH ZIDOVA 5.1. OPĆENITO O POTPORNIM ZIDOVIMA Potporna konstrukcija je svaka ona koja osigurava sigurno i stabilno vanjsko lice tla,

nagnuto pod kutem većim od onog koji je moguć bez tog zahvata. One su geotehničke

građevine jer preuzimaju opterećenje od tla. Mogu se izvoditi od svih vrsta materijala

koji se koriste u građevinarstvu.

Postoje dvije osnovne vrste potpornih konstrukcija;

• One koje pridržavaju zasjeke u prirodnom tlu

• One koje pridržavaju nasipe

Postoji još mnogo klasifikacija potpornih konstrukcija, kao što se vidi na slici 21. je

jedna od njih na gravitacijske i fleksibilne.

SLIKA 21. Klasifikacija potpornih konstrukcija

Također je moguće potporne zidove klasificirati prema vrsti materijala na;

• Potporne zidove od nasutog materijala

• Potporne zidove od lomljenoga kamena

• Potporne zidove od betona i armiranog betona

5.2. KLASIFIKACIJA POTPORNIH ZIDOVA PREMA VRSTI MATERIJALA 5.2.1. Potporni zidovi od nasutog materijala Potporne konstrukcije od nasutog materijala su žičane košare ispunjene šljunkom ili

kamenom. Žičane košare su načinjene od pocinčane čelične žice koja je pojačana na

rubovima okvira od okruglog čelika. Prazne košare slažu se na mjesto gdje se podiže

zid, a potom se napune zatvore i vežu. Ovaj postupak ponavljamo do željene visine.

Ovakvi zidovi su vrlo prikladni za stabilizaciju manjih klizanja uz ceste jer se mogu

izvoditi na kratkim dionicama, a time se izbjegava poremećaj nestabilne kosine.

Prednosti gabiona su da osiguravaju dobro dreniranje tla iza zida, a njihova podatljivost

omogućuje primjenu u tlima nejednolike krutosti koja mogu izazvati probleme krutim

zidovima. Nedostatak je što punjenje kamenom zahtjeva mnogo ručnog rada koji je u

današnje vrijeme skup. Često se koriste za stabilizaciju kanala rijeka. Ove konstrukcije

još nazivamo i gabionima, a izgled jedne košare prikazan je na slici 22. Zidovi od

nasutog materijala se dobro uklapaju u okoliš, jer materijal u košarama izgleda

prirodno, a moguće ih je ukrasiti biljem ili cvijećem, slika 23.

SLIKA 22. Gabionska košara

SLIKA 23. Gabionski zid

5.2.2. Potporni zidovi od lomljenoga kamena Lomljeni kamen je klasičan materijal za potporne konstrukcije. Danas se više ne

upotrebljavaju jer se ove konstrukcije izvode ručno. Rijetku primjenu nalaze jedino u

sklopu arhitektonski važnih građevina. Kameni zidovi mogu biti složeni bez maltera pa

se često nazivaju suhim zidovima. Suhi zidovi služe na jadranskom obalnom području

za terasarsko oblikovanje poljoprivrednih površina.

SLIKA 24. Kameni potporni zid

5.2.3. Potporni zidovi od betona i armiranog betona Potporne konstrukcije od betona i armiranog betona su danas vrlo česte. Masivne zidove

gradimo od betona, olakšane i montažne zidove od armiranog betona. Važno je da

upotrebljeni beton odgovara standardima i propisima za betonske konstrukcije te da je

vodonepropusan i otporan na mraz. Slobodne površine ovakvih zidova ostaju ne

obrađene, zato oplate moraju biti pažljivo izrađene da nebi bilo neravnina. Betonski

zidovi se ne smiju žbukati. Između žbuke i zida nastaju diferencijalne deformacije zbog

temperaturnih promjena koje s vremenom dovode do opadanja žbuke. Ovi zidovi mogu

imati različite oblike, neki su prikazani na slici 25. S obzirom da zidovi od betona i

armiranog betona tvore monotone površine u većini ne pridonose uljepšanju okoline,

svakako se radi svoje stabilnosti često upotrebljavaju.

SLIKA 25. Armirano betonski zid T i L oblika

SLIKA 26. Armirani betonski zid

5.3.ČESTI POTPORNI ZIDOVI 5.3.1.Gravitacijski potporni zid Težina gravitacijskog zida preuzima vodoravni tlak zasipa i usmjeruje ga tako da

rezultanta prolazi kroz bazu temelja na tlo. Naponi koji djeluju uz rubove temelja ne

smiju biti veći od dopuštenog opterećenja. Također tangencijalna komponenta sila na

bazi temelja mora biti manja od otpora tla na smicanje. Osnovni oblik temelja

gravitacijskih potpornih zidova je pravokutan s istakom na prednjoj strani, što zahtjeva

najveću količinu i težinu materijala. Na slici 27. je prikazana mogučnost smanjenja

utroška materijala. Nagib prednje strane zida pomiče njegovo težište prema stražnjoj

ivici temelja, a nagnuta i lomljena stražnja površina zida smanjuje i povoljnije

usmjeruje rezultantu tlaka. Gravitacijske zidove gradimo od betona, lomljenog kamena

ili od gabiona.

SLIKA 27. Presjek gravitacijskog potpornog zida

5.3.2. Potporni zid s konzolom Ušteda mase gravitacijskog zida može se postići ako se dio težine zasipa iskoristi da se

povoljnije usmjeri rezultanta sila koja djeluje na zid. To postižemo izradom armirano

betonske konzole na prikladnoj visini stražnje strane zida. Ukupna rezultanta tlaka koja

djeluje na zid je manja nego na zidu bez konzole. Ovi zidovi su prikladni za visoke

zidove jer se troškovi mogu znatno smanjiti.

SLIKA 28. Potporni zid s konzolom

5.3.3. Potporni zid sa zategom Zid sa zategom je potporni zid od armiranog betona koji samo svojom težinom ne može

uravnotežiti sustav sila koji na njega djeluje te mu se dodaje zatega ili sidro. Ovi zidovi

se koriste za svladavanje većih visina. Zatege i sidra su elementi koje dodajemo u sustav

da preuzmu dio vodoravnih opterećenja i prenesu ih u zaleđe zida.

Zatege ugrađujemo u zidove koji pridržavaju nasipe ili u zidove koji iza sebe imaju

vodoravne površine. One su usidrene u zaleđe zida, sidrene blokove ili sidrene zidove, a

mogu biti čelične šipke ili užad, armirano betonske grede a javljaju se i noviji materijali

kao na primjer karbonska vlakna.

Geotehnička sidra ugrađujemo ako se iza zida nalazi autohtono tlo nagnute površine.

Ovi elementi imaju istu ulogu kao i zatege, a sidrimo ih u sidreni injektirani dio duboko

u tlo.

Oba sidrišna tijela se moraju nalaziti izvan aktivnog kliznog klina i nesmiju na njega

vršiti nikakav utjecaj, kako se nebi vršilo dodatno opterećenje na zid i tako umanjilo

djelovanje zatege. Ako zatege postavimo na povoljnoj visini preuzimaju vodoravnu

komponentu tlaka te ukupna težina zida može biti manja nego u gravitacijskoj varijanti.

SLIKA 29. Potporni zid s zategom

5.3.4. Armirano tlo U nešto novije vrijeme se upotrebljava tzv. armirano tlo. To je složenac u kojem vlačna

naprezanja preuzima armatura. Armirano tlo se sastoji od dvije vrste gradiva to su

armatura i nasip. Armatura može biti metalna ili plastična. Za nasip se upotrebljava

nekoherentno tlo, zbog dobrog prianjanja i filtracijskih sposobnosti. Armirano tlo ima

široku primjenu u graditeljstvu, točnije kod građenja u lošim tlima. Koherentna tla

sama od sebe imaju određenu vlačnu čvrstoću, koja se ugradnjom armature poveća.

Nekoherantna tla nemaju nikakvu vlačnu čvrstoću, stoga se je njihova primjena u

graditeljstvu proširila dodavanjem armature. Ova metoda poboljšanja svojstava tla

primjenjuje se u novije vrijeme tj. od 60-tih godina prošloga stoljeća. Svoj izum Terre

Armee je 1966 patentirao francuski arhitekt H. Vidal. Osnova ovog izuma je čelićna

trakasta armatura pričvršćena na metalnu košaricu na licu potporne građevine. Temelj

Vidalove tehnologije je aktiviranje trenja između metalnih traka i tla. Druge vrsta

armatura (geotekstil, geomreže) djeluju na istom principu.

SLIKA 30. Armirano tlo

5.3.5. Potporni zid od montažnih elemenata Ovi zidovi se izvode od kratkih armirano betonskih ili drvenih elemenata koji se slažu u

vitla u obliku pravokutnika. Pravokutnici se ispune pijeskom, šljunkom ili sitnim

lomljenim kamenom ovisno o ekonomičnosti i dostupnosti. Materijal za ispunu mora

biti vodopropusan. Poprečni elementi su na krajevima podebljani jer se na njih odupiru

uzdužni elementi i tako prenose dio bočnog tlaka ispune. Prednost ovih zidova leži u

brzini i jednostavnosti montaže. Za rad su dovoljne lake mehaničke dizalice, a nije

potrebna obrada i dugotrajna priprema gradilišta kao na primjer postavljanje oplate ili

ugrađivanje i obrada betona. Također nije potrebno čekati da se beton stvrdne jer se

ispuna može ugrađivati kako visina zida raste pa zid postepeno u toku izvedbe preuzima

opterećenja. Ako se uzdužni elementi s vanjske strane ukopaju ispod razine smrzavanja

nisu potrebni temelji. Ovi zidovi su prikladni za trajnu stabilizaciju manjih i većih

klizišta.

SLIKA 31. Potporni zid od montažnih elemenata

6. ZAKLJUČAK

Na primjeru HE Varaždin prikazano je jedno suvremeno rješenje zaštite korita kanala

primjenom Reno madraca. Ova metoda pruža dobru zaštitu, no isti učinak možemo

postići primjenom drobljenoga kamena određenih frakcija. Središnji primjer sanacije

klizišta je sanacija cestovnog klizišta potpornim gabionskim zidom. U radu je dati

pregled često primjenjenih potpornih zidova. Potporni zidovi sa zategom i armirano tlo

imaju najbolju perspektivu za daljnu primjenu zbog brze i ekonomične izvedbe, ali i uz

visoke estetske vrijednosti.

Na kraju ovoga rada dolazim do zaključka da se primjenom geotehničkih metoda

uvelike može pridonjeti očuvanju i uređenju okoliša. Kod primjene potpornih zidova ili

nekih drugih geotehničkih metoda je važno naći onu metodu koja najbolje odgovara

karakteristikama područja.

Nabrojene metode se rijetko koriste same, već u kombinaciji. Svaka metoda može biti

efikasna ako se upotrijebi na ispravan način i ako se uzmu u obzir svi važni parametri.

Iz navedenih razloga se konačna odluka može donjeti samo na temelju višestrukog

sagledavanja određenih situacija.

7. LITERATURA [1] Bedeković D. Prilog razvoju potpornih zidova s naglaskom na uređenje okoliša,

Varaždin, 2006.

[2] Maksimović, Mehanika tla, Beograd AGM knjiga, 2008.

[3] Nonveiller, Mehanika tla i temeljenje građevina, Zagreb , Školska knjiga, 1979.

[4] Soldo B. Skripta iz predmeta Geotehničko ekološki zahvati, Geotehnički fakultet;

Sveučilište u Zagrebu, 2010.

[5] Soldo B. i drugi, Projekt sanacije klizišta u Općini Bednja, Geotehnički fakultet;

Sveučilište u Zagrebu, 2009.

[6] Soldo B. I drugi, Projekt zaštite pokosa odvodnog kanala HE Varaždin, Geotehnički

fakultet; Sveučilište u Zagrebu, 2007.

[7] web stranice

http://www.danas.net.hr preuzeto 29.08.2011

www.brujic.gradjevinans.net preuzeto 01.09.2011

SAŽETAK Tema ovog završnog rada je PRILOG RAZVOJU GEOTEHNIČKOG

INŽENJERSTVA S NAGLASKOM UREĐENJE OKOLIŠA. Zbog toga sam pokušala

navesti najprimjenjivanije metode geotehnike koje pridonose očuvanju okoliša. Rad se

sastoji od četiri poglavlja koja su; općenito o geotehničkom inženjerstvu i uređenju

okoliša, primjeri uređenja kod sanacije kanala i uređenja kod sanacije klizišta, te

potporni zidovi.

Na početku rada se govori općenito o pojmovima geotehnika i očuvanja okoliša, a dati

je i primjer poboljšanja svojstva tla ekspandirajućom smolom.

Stabilizacija i uređenje pokosa će se analizirati na primjeru odvodnoga kanala HE

Varaždin. Sanaciju klizišta obrađujem kroz definiciju pojma klizanja i nekih najčešćih

metoda sanacije. Na kraju su nabrojene neke vrste potpornih zidova, koji svakako

svojom funkcijom i izgledom pridonose očuvanju okoliša.