SEMINARSKI RAD PARAMETRI I KLASIFIKACIJA STIJENSKE MASE, INTAKTNA STIJENA
Mehanika stijena
2015
SADRŽAJ 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 4 5 6 7
UVOD KLASIFIKACIJA STIJENA Podjela stijena po postanku Podjela stijena po stepenu konzistenciji
Podjela stijena po mehaničkim osobinama Osnovni uvjeti Svojstva klasifikacije RQD klasifikacija
Geomehanička klasifikacija Q Klasifikacija
Zaključak Literatura
3 3 3 4 4 5 5 6 8 9 10 10
2
Mehanika stijena
2015
1. UVOD
Stijenska masa je prirodni geološki sklop stijene, koji uključuje i sva oslabljenja koja čine diskontinuiteti i zone značajno slabijih svojstava od stijene koja gradi stijensku masu, te zbog toga pri analizi stijenske mase treba uočiti interakciju svojstav a intaktne stijene i navedenih oslabljenja. Stijenska je masa u pravilu razlomljena, heterogena, anizotropna i nalazi se u nekom
prirodnom stanju naprezanja, čime su ujedno određena i njezina osnovna fizikalno strukturna svojstva. Za razliku od mehanike tla koja se temelji na pretpostavci kontinuuma, mehanika stijenskih masa je mehanika razlomljenih sredina i zasniva se na pretpostavci diskontinuuma.
Zbog svoje diskontinuiranosti i slojevitosti, stijenske su mase izrazito anizotropne sredine, što se najčešće izražava kroz čvrstoću i deformabilnost. Kod stijenske mase treba voditi računa i o efektu razmjera diskontinuiteta i površine. Ukoliko su diskontinuiteti relativno mali u odnosu na promatranu površinu, tada stijensku masu smatramo kvazihomogenom i promatramo je kao kontinuum. 2. KLASIFIKACIJA STIJENA
Polazeći od osnovne definicije da stijenu predstavljaju mineralni agregati organskog i neorganskog porekla, od kojih je izgrađen pristupačni dio zemljine kore, podjela stijenskih materijala može se izvršiti u t ri osnovne grupe:
po svom postanku,
po stepenu kohezije i
po fizičko - mehaničkim osobinama.
2.1. Podjela stijena po postanku
Iz geologije je poznato da se stijene dijele u tri osnovne grupe i to: Eruptivne stijene, koje se sastoje od iskristalisanih mineralnih sastojaka, koji su očvrsli u neposrednom dodiru jedan sa drugim. Pojavljuju se u masama nepravilnog oblika, rijetko kada u
pločama. Sedimentne stijene, koje se sastoje iz istaloženog očvrslog materijala, različitog por ijekla, koji su
očvrsli pod dejstvom pritiska ili uz pomoć prirodnih, mineralnih veziva. Obično se javljaju u vidu slojeva. Metamorfne stijene , koje se sastoje od iskristalisanog ali izmenjenog materijala eruptivnih ili sedimentnih stijena i koje su nastale pod dejstvom velikog pritiska i velike toplote. Imaju osobine prethodnih dviju kategorija.
3
Mehanika stijena
2015
2.2. Podjela stijena po stepenu konzistenciji
Bez obzira kojoj grupi stiena pripadaju po svome postanku svi se stijenski materijali mogu, prema stepenu kohezije podijeliti na tri grupe:
čvrste ili vezane, plastične ili poluvezane, rastresite ili nevezane (sipke i tečne).
Za razliku od geologije koja uglavnom koristi genetsku klasifikaciju stijena, te ih dijeli na eruptivne, sedimentne i metamorfne, u inženjerskoj su geologiji prikladnije klasifikacije koje se temelje na značajkama stijena koje određuju stijene kao podlogu na kojoj se g radi, kao sredinu u kojoj se gr adi ili kao građevni materijal.
Tabela 1. Osnovna inženjersko-geološka klasifikacija stijena OPIS
GLAVNI PREDSTAVNICI magmatske stijene
Vezane (čvrste) stijene
metamorfne stijene čvrste sedimentne stijene gline
Poluvezane (koherentne ) stijene
prapor praporne gline pijesci
Nevezane (inkoherentne) stijene
šljunci kršje
2.3. Podjela stijena po mehaničkim osobinama
Ove podjele stijena zasnivaju se ili na opštim opisima fizičkih, mehaničkih ili tehničkih svojstvima, ili na određenim brojčanim vr ijednostima koje odgovaraju pojedinim svojstvima. U grupu stijena podeljenih prema opštim opisima kao što su pod jele na meke i tvrde stijene, zatim podjele na krte, čvrste, meke i sl., očito je da se radi o pod jelama koje su podložne subjektivnoj ocjeni lica koje podjelu i vrši. Zato ove pod jele nemaju mnogo značenja za praksu.
4
Mehanika stijena
2015
U grupi stijena koje se dijele prema brojčanim vrednostima pojedinih osobina, najvažnije su podjele prema čvrstoći na pritisak, indeksu čvrstoće, prema modulu elastičnosti, stanju
konsistencije, granulometrijskom sastavu i slično. Radi preglednosti o ovim podjelama će biti riječi u sklopu odgovarajućih metodskih jedinica koje odgovaraju pojedinim priznatim klasifikacijama stijena.
S gledišta tehničkih zahvata u stijenama, obzirom na njihova osnovna fizikalno strukturna svojstva, vrlo ih je teško uklopiti u nekakvu jedinstvenu preglednu klasifikaciju. Opće prihvaćena je samo Osnovna inženjersko-geološka k lasifikacija stijena (tablica 1), a za potrebe mehanike stijena razvijene su brojne klasifikacije koje se temelje na pojedinim značajkama stijena, od kojih su svjetski najpoznatije:
Klasifikacija na temelju koeficijenta čvrstoće „f“ – Protođakonov (1926)
Opća inženjersko-geološka klasifikacija stijena – Panjukov (1965)
Klasifikacija prema jednoosnoj čvrstoći na tlak – Attewell i Farmer (1976)
Klasifikacija prema stupnju raspucanosti – Bieniawski (1976)
Geomehanička (RMR) klasifikacija – Bieniawski (1973)
Q-klasifikacija – Barton, Lien & Lunde (1974)
NATM klasifikacija - Pacher, Rabcewicz & Golser (1974)
Klasifikacija za ocjenu stabilnosti karbonatnih stijena – Novosel i dr. (1980)
SMR (prilagođena RMR) klasifikacija za kosine – Romana (1985)
U narednom dijelu ćemo neke od ovih podjela detaljno objasniti. 2.4. Osnovni uvjeti
Svaka klasifikacija stijenskih masa mora zadovoljavati sljedeće uvjete:
1. Podjela određene stijenske mase u grupe (kategorije, klase) sa sličnim ponašanjem. 2. Osiguranje osnove za razumijevanje karakteristika i ponašanja svake grupe.
3. Davanje kvantitativnih podataka za inženjerski projekt. 4. Osiguranje zajedničke osnove za uspješnu suradnju svih sudionika u projektu. 2.5. Svojstva klasifikacije
1. Jednostavna, razumljiva, lako se shvaća i pamti. 2. Svaki izraz mora biti jasan, a terminologija opće prihvaćena. 3. Uključena samo najznačajnija svojstva stijenske mase. 4. Temeljena na parametrima koji se mogu mjeriti i odrediti brzim i jeftinim pokusima na terenu.
5
Mehanika stijena
2015
5. Temeljena na bodovnom sustavu koji može ocijeniti relativnu važnost klasifikacijskih parametara. 6. Daje kvantitativne podatke za projekt podgradnog sustava.
3. RQD klasifikacija
Rock Quality Designation (RQD) index definiran je kao postotak intaktne jezgre koja sadrži odlomke dužine 100 mm ili duže u ukupnoj dužini izbušene jezgre. Za određivanje vrijednosti RQD, International Society for Rock Mechanics (ISRM) određuje pr ečnik jezgre 54.7 mm. Obzirom na to tijekom godina je predloženo više korekcijskih faktora za izračunavanje RQD za različite promjere jezgre (bušenja). Zaključeno je da se granična vrijednost od 100 mm može koristiti za sve veličine promjera jezgre ukoliko se prilikom mjerenja isključuju oštećenja jezgre nastala bušenjem i rukovanjem.
Slika 1: RQD klasifikacija
6
Mehanika stijena
2015
Nedostaci RQD klasifikacije:
Bez obzira što je RQD jednostavna i relativno jeftina metoda određivanja kvalitete stijenske mase, sama nije dovoljna za adekvatan opis stijenske mase, Glavni nedostaci su što ne uzima u obzir orijentaciju pukotina, širinu i materijal ispune, te posebno kut trenja i hrapavost zidova pukotina, Problemi se javljaju i pri korištenju RQD indeksa za stijensku masu vrlo slabe kvalitete. U
osnovi, RQD predstavlja praktičan parametar za opis stijenske mase zasnovan na mjerenju postotka jezgre ‘dobre’ stijenske mase u bušotini. 4. Bieniawski, 1973. (Geomehanička klasifikacija) Izvorno je razvijena za potrebe karakterizacije stijenske mase i projektiranje podgradnog sustava za tunele. Prva cjelovita verzija sa detaljima primjene prvi put je objavljena 1976. godine (RMR76).
Tijekom godina klasifikacija je mijenjana na osnovi rezultata primjene i provjere na većem broju podzemnih građevina u različitim geološkim sredinama i uvjetima te prilagođavana međunarodnim standardima i procedurama. Brojni drugi autori koji su koristili predmetnu klasifikaciju doprinjeli su svojim zapažanjima na osnovi iskustva pri izvođenju tunela, podzemnih prostora, kamenoloma i rudnika, pokosa i temeljenja.
Bieniawski je 1989. godine predložio posljednju promjenu RMR sustava (RMR89). Klasifikacijska procedura zasniva se na određivanju sljedećih šest parametara:
1. Jednoosna tlačna čvrstoća 2. RQD indeks (Rock Quality Designation) 3. Razmak diskotinuiteta 4. Stanje diskontinuiteta 5. Uvjeti podzemne vode 6. Orijentacija diskontinuiteta
Pri primjeni RMR klasifikacije, stijenska masa se dijeli u pojedinačne strukturne regije koje se klasificiraju odvojeno od drugih. Granice ovih regija su u pravilu određene značajnijim strukturnim pojavama kao što su rasjedi, zdrobljene zone ili promjene tipa stijenske mase. U
7
Mehanika stijena
2015
pojedinim slučajevima, promjene uzrokovane značajnijim promjenama u nekom parametru, a unutar istog tipa stijenske mase, mogu uzrokovati po djele u manje dijelove strukturnih regija. Klasifikacija se temelji na bodovanju, pri čemu su različitim parametrima pridružene različite
numeričke vrijednosti u ovisnosti o njihovoj važnosti za sveukupnu klasifikaciju stijenske mase. Predmetni bodovi se sumiraju i ukupna suma daje vrijednost RMR. Tabela 1. Klasifikacijski parametric i njohovi bodovi
8
Mehanika stijena
2015
Slika 2. Ovisnost RMR bodova
Slika 3. RMR
9
Mehanika stijena
2015
5. Q klasifikacija
Ovu su klasifikaciju predložili Barton, Lien i Lunde (1974) i ona je prvenstveno prilagođena problemima podzemnih otvora. Indeks Q računa se prema izrazu: Q
RQD J r J n
J a
J w SRF
gdje je: RQD – indeks kakvoće jezgre Jn – broj sustava pukotina Jr – indeks hrapavosti površine pukotine kritično orijentiranog sustava Ja – indeks pukotinske ispune najslabijeg pukotinskog sustava Jw - koeficijent redukcije pukotinske vode SRF – koeficijent redukcije naprezanja u stijenskoj masi
Vrijednosti ovih koeficijenata očitavaju se iz odgovarajućih tablica. Kod izračuna vrijednosti Q preporuka je autora da se koristi raspon vrijednosti, a ne jedna fiksna vrijednost. Prema dobivenim vrijednostima Q, stijenska se masa razvrstava u 9 kategorija.
Odnos između RMR i Q klasifikacije definiran je korelacijom RMR 9 ln Q 44
[2.2]
Tabela 2. Dati podaci za oznake iz formula
10
Mehanika stijena
2015
Osim napomena iz priloženih tablica pri odabiru pojedinih parametara potrebno je obratiti pažnju i na sljedeće detalje: 1. U nedostatku podataka dobivenih bušenjem, vrijednost RQD indeksa može se odrediti iz broja pukotina po jedinici volumena.
2. Pri procjeni i odabiru parametra Jn koji predstavlja broj skupova pukotina, često se susreće s pojavom listanja, škriljavosti, plohama cijepanja i slojevitosti. Ova pojava mora se usvojiti kao skup pukotina. Ukoliko je vidljivo samo nekoliko takvih diskontinuiteta ili uslijed istih pojava
dolazi do povremenih pojava pucanja jezgre, opravdano je iste usvojiti kao slučajne pukotine. 3. Parametri Jr i Ja, koji predstavljaju posmičnu čvrstoću pukotina, mjerodavni su za najslabiji skup pukotina ili glinom ispunjeni diskontinuitet. Ukoliko je isti skup pukotina ili diskontinuitet ispunjen glinom s obzirom na stabilnost pozitivno orijentiran, usvajaju se vrijednosti drugog skupa pukotina ili diskontinuiteta ispunjenog glinom, koji može imati veći utjecaj na stabilnost,
iako ima veću vrijednost Jr/Ja. 4. Ukoliko stijenska masa sadrži glinu, faktor SRF usvaja se prema smanjenom opterećenju iz tablice 6.A. U tom slučaju je čvrstoća intaktne stijene od manjeg značaja. U suprotnom slučaju, kad je prisutnost pukotina mala i uz gotovo potpuno odsustvo glinovitog materijala u stijenskoj
masi, čvrstoća intaktne stijene postaje mjerodavna, a stabilnost ovisi o odnosu naprezanja u stijenskoj masi i čvrstoće stijenske mase iz tab lice 6.B. 6. ZAKLJUČAK
Za studente građevine veoma je bitno da usvoji ove metode klasifikacija stijenske mase. Naše područje je područje gdje se dosta gradi na stijenskoj masi. U buduće je za očekivati povečanje građevinski radova u okruženju. Za svršenje student građevinskih fakulteta, od velike pomoći će biti znanje iz mehanike tla i stijena.
7. LITERATURA
Branko Božić, Predavanja iz mehanike stijena, Bihać, 2015. Predavanja, Klasifikacija stijenske mase, Građevinski fakultet Zagreb Mehanika Stijena i tla, Rudarsko-geološki fakultet Beograd, 2015
11
