Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Prof. Dr Biljana Abolmasov

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Osnovni predmet izučavanja u inženjerskoj geologiji geotehnici je geološka sredina koja je u velikoj meri složena, te je svaki pokušaj njenog predstavljanja u manjoj ili većoj meri apstrakcija, idealizacija i generalizacija – čime su potrebe za modeliranjem (modelovanjem) suštinske • Modeliranje je proces u kome se objekat koji je predmet našeg interesovanja a koga nismo u stanju da direktno proučavamo zamenjuje modelom o kome imamo bolja saznanja

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Osnovni zahtevi koji se moraju zadovoljiti da bi modelovanje bilo ispravno su sledeći: – Model mora biti geometrijski sličan sa originalom – Proces koji se istražuje i ponašanje u originalu i u modelu moraju sadržati iste fenomene, odnosno biti opisani istim jednačinama – Početni i granični uslovi modela moraju se poklapati sa onima koji su svojstveni originalu – Model nije identičan originalu

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Osnovni cilj modeliranja je da se predmet izučavanja uprosti eliminacijom manje bitnih svojstava i koncentracijom na ona svojstva koja su suštinska za dati problem • Modeliranjem se ne dobijaju apsolutno sigurna saznanja već samo saznanja koja imaju određeni stepen verovatnoće • Vrste modela: – empirijski-teorijski; idelani-materijalni; spacijalni supstancijalni-funkcionalni; stacionarni-tranzitivni; deterministički-statistički

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

• Faze modeliranja:

– Formulacija problema – Aktuelizacija znanja – Konstrukcija ili izbor modela – Analiza modela – Interpretacija rezultata – Komunikacija – Verifikacija modela

Osnovni principi geotehničkog zoniranja Geotehnički sistem i geotehnički model • U inženjerskogeološkim-geotehničkim istraživanjima geološka sredina se tretira sa različitih aspekata-kao prirodna konstrukcija, kao radna sredina i kao životna sredina • Bez obzira koji se aspekt proučava ili koji je dominantan, uvek je prisutno istražno područje kao deo geološke sredine, određena inženjerska delatnost i njihova međusobna interakcija

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

• Geotehnički sistem

je deo geološke sredine u kojoj se vrši određeni inženjerski zahvat okarakterisan je svim bitnim karakteristikama te sredine i određenog inženjerskog zahvata i njihovom međusobnom interakcijom

• Sistem je takođe okarakterisan granicama, odnosno uslovima koji važe u okviru samog sistema

Osnovni principi geotehničkog zoniranja Granice geotehničkog sistema: spoljašnje (s) i unutrašnje (u)

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

• Geotehnički uslovi

– skup svih osobenosti koje proizilaze iz svojstava i stanja u geološkoj sredini a utiču na sigurnost i ekonomičnost građenja objekata. Zavise od svojstava geološke sredine i samog objekta, što znači da na istom terenu mogu biti u različitoj meri povoljni ili nepovoljni zavisno od toga na koji se objekta odnose

• Geotehnički model

je model geotehničkog sistema – sastoji se od tri osnovna modela: (1) modela geološke sredine, (2) modela inženjerske delatnosti i (3) modela interakcije

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Model geološke sredine

• Model geološke sredine treba da sadrži sve informacije o svojstvima i stanjima stenskih masa, sva obeležja savremenih geoloških procesa i pojava kao i opšte ambijentalne karakteristike područja • Stenska masa je okarakterisana mnogim svojstvima i stanjima – ona svojstva koja se neposredno koriste za opisivanje modela geološke sredine i opisivanje njenih stanja zovu se (reprezentativni) parametri modela

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Sadržaj modela geološke sredine

• Od značaja su sledeće grupe informacija: 1. Podaci o reljefu 2.

Podaci o geološkoj građi 3. Podaci o diskontinualnosti 4. Podaci o bitnim stanjima stenskih masa u sklopu terena • a) stanje podzemnih voda • b) primarna naponska stanja 5.

Podaci o savremenim geološkim procesima i pojavama 6.

Podaci o fizičko mehaničkim svojstvima 7. Podaci o ambijentalnim uslovima

Osnovni principi geotehničkog zoniranja Parametri modela geološke sredine

• Parametar modela

modela je ono reprezentativno svojstvo stenske mase koje se na bilo koji način neposredno korisiti pri konstrukciji geotehničkog • U pogledu značaja za geotehnički model mogu biti reprezentativni i merodavni • U pogledu načina iskazivanja mogu biti kvalitativni i kvantitativni – geološka sredina je prostorno i vremenski promenljiva te se kvantitativni parametri iskazuju najčešće opsegom vrednosti

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Tri grupe reprezentativnih parametara: – parametri koji definišu elemente građe – mineralni i petrološki sastav, strukturne i teksturne karakterisitke – parametri koji definišu strukturni makro-sklop litološke granice, stratiifikacija, pukotine različitog tipa i geneze, rasedi i rasedne zone – parametri koji definišu bitna fizička stanja – gustina, čvrstoća, deformabilnost, napone, stanje podzemnih voda i dr.

• Svojstva građe i svojstva makrostrukture su oni elementi stenske mase koji su relevantni, stalno prisutni ili osnovni parametri dok su parametri koji definišu fizička stanja relevantni parametri

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Geotehničko zoniranje

• Geotehničko zoniranje je proces prostornog ograničavanja i karakterizacija određenih područja u okviru geološke sredine u kojima je stenska masa statistički homogena u odnosu na odabrana svojstva – na taj način izdvojene zone se zovu kvazihomogene zone •

Kvazihomogena zona je prostorno jasno ograničeno područje geološke sredine unutar koga je stenska masa statistički homogena u pogledu odabranog svojstva

• Ova područja, tj.zone predstavljaju osnovne konstitutivne elemente modela geološke sredine

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • • Izdvojene kvazihomogene zone se mogu svrstavati u grupe ili kategorije, tako da se u pojedinoj kategoriji može naći više izdvojenih kvazihomogenih zona, koje imaju približno iste karakteristike

Kategoriju čini okarakterisana stenska masa (kvalitativno ili kvantitativno), nezavisno od prostornog položaja, sa utvrđenim bitnim osobenostima i uslovima, za koje važe ista tehnička rešenja

Osnovni principi geotehničkog zoniranja •

Kategoriju čini tip tehničkog rešenja a kvazihomogena zona područje u kome se konkretan tip primenjuje

• Bitna obeležja kvazihomogene zone su:

– granice zone – građa zone – strukturni sklop zone – relevantni parametri

Osnovni principi geotehničkog zoniranja a) tri kvazihomogene zone – tri kategorije b) tri kvazihomogene zone – dve kategorije c) jedna kvazihomogena zona – jedna kategorija

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

• Osnovni ciljevi zoniranja:

– da se jasno ograniče područja u geološkoj sredini u kojima je stenska masa istih ili približno istih svojstava i ponašanja – da se na odgovarajući način okarakteriše stenska masa unutar izdvojenih kvazihomogenih zona – da se obezbede kvantitativni podaci (relevantni parametri) za potrebnu analizu u modelu interakcije – da se svi primenjeni postupci, analize i rezultati prikažu na način koji obezbeđuje pravilnu i jasnu komunikaciju između svih zainteresovanih učesnika

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

• Princip osnovnog parametra – Homogenost u pogledu litološkog sastava i strukturnog sklopa (svojstava koja definišu građu i sklop) • Princip relevantnog parametra – parametara, koji su od najvećeg uticaja za problem koji se izučava njihov izbor ne zavisi samo od svojstava geološke sredine već i od specifičnog planiranog objekta i potrebnih aktivnosti za njegovu realizaciju – Izdvajanje kvazihomogenih zona vrši se na osnovu onih parametra koji su relevantni za dati geotehnički problem – Svaka zona mora biti okarakterisana odgovarajućim vrednostima (kvalitativnim ili kvantitativnim) osnovnih i relevantnih parametara koji je određuju (prosečna vrednost, veličina odstupanja, kritična vrednost parametra)

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Princip ravnomernosti – parametar ili parametri na osnovu kojih se vrši geotehničko zoniranje moraju biti približno ravnomerno ustanovljeni u području obuhvaćenom zoniranjem • Princip jedinstvenog kriterijuma – se vrši zoniranje za svaki parametar u odnosu na koga se vrši zoniranje moraju se jasno i precizno definisati jedinstveni kriterijumi koji važe na celom području na kom • Princip konsistentnosti parametra – kvazihomogene zone vrednosti različitih parametara moraju biti međusobno konsistentni u svakoj tački • Princip istovetnog ponašanja – zone mogu se naći samo oni delovi stenske mase koji ispoljavaju isti vid naponsko deformacijskog ponašanja u okviru kvazihomogene

Osnovni principi geotehničkog zoniranja Definisanje kriterijuma zoniranja • Određivanje uslova pod kojima će se određeno područje smatrati homogenim-kvazihomogenim • Svaki kriterijum mora sadržati – stepen dozvoljenog odstupanja-maksimalno odstupanje vrednosti određenog parametra unutar kvazihomogene zone, a da se ona i dalje može smatrati jednom kvazihomogenom zonom – maksimalni broj intervala približno istih vrednosti relevantnih parametara – minimalnu veličinu područja koje se može izdvojiti kao kvazihomogena zona

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Procedura zoniranja

ANALIZA PODATAKA PRELIMINARNO ZONIRANJE NE BITNI PARAMETRI DA KONAČNO ZONIRANJE NOVI PODACI

MODEL TERENA

Geotehnički presek terena duž ose tunela Mečkovo brdo, Ovčar banja 390 370 350 330 310 290 270 KVAZIHOM ZONA GT KATEGORIJA n B-2 1 D dl 2 C Pz fi 3 A B-1 Pz Pz pš Pz fi 4 C pš 5 B B-2 B-3 6 A Pz pš Pz ar dl 85° J šk J kr B-1 J pš Pz šk dl J-4 J-1 n 7 C 8 A 9 B 10 11 C D

Usvojene vrednosti parametara fizičko-mehaničkih svojstava i rezultati klasifikacije

PARAMETRI Zaprem.

težina Čvrstoća na smicanje Modul deform.

Modul elastič.

Poason. koef.

Jednoak čvrstoća KATEGORIJA A: - kvarcni peščari (Pz) - peskoviti i brečasti krečnjaci i peščari (J), zone 3, 6 i 8



kN/m 3 25-26



c MPa 35-45 0,35-0,50 B: - argilošisti, uškriljeni peščari, hloritsko muskovitski škriljci (Pz), zone 5 i 9 24,5-25,5 20-30 0,40-0,60 C: - filiti, uškriljeni argilošisti, površinski izmenjeni sedimenti (Pz), zone 2, 4, 7 i 10 24-25 20-25 0,10-0,40 D: Deluvijalne naslage i eluvijalna raspadina osnovne stene, zone 1 i 11 21-22 D MPa 2,0-3,0 1,5-1,8 0,2-0,6 20-22 0,03-0,06 0,02-0,04 E MPa



3,5-4,5 0,28 2,0-2,5 0,30 0,6-1,3 0,32 0,38



MPa 25-40 12-18 5-11 0,2-0,8 III IV IV-V Klasifikacija RMR LOUIS GN-200 A A B-C C V-VI IV-V IV III-IV

Prikaz uslova građenja u različitim kategorijama stenske mase KATEGORIJA USLOVI Način iskopa Razrada profila R A D A P O D G I S K O P Dužina napredovanja Max dužina nepodgrađenog iskopa Max vreme stajanja nepodgrađenog iskopa Max dužina zone za kompletiranje podgrade Vreme za kompletiranje podgrade OČEKIVANO SUŽENJE PROFILA KALOTA I OPORCI Prskani beton-debljina Armaturna mreža Sidra (dužina-rastojanje) POD Čelični lukovi - rastojanje Tampon, izravnavajući sloj Podnožni svod DRENAŽA A miniranje kalota pa oporci 2.0 –3.0 m 7 m 3 dana B miniranje kalota pa oporci 1,5 – 2,5 m 4 m 1 dana 12 m 7 dana 1 cm 15-20 cm jednostruka 4,5; e/t 3;0x2,0 celom dužinom celom dužinom 9 m 3 dana do 3 cm 20-25 cm dvostruka 5-6; e/t 2,5x2,0 po potrebi lokalno celom dužinom mestimično C miniranje, lokalno mašinski kalota pa oporci 1.5 – 2.0 m 2 m 8 h 6 m 1 dana do 10 cm 25-30 cm dvostruka 5-6; e/t 2,5x1,5 lokalno, na rastojanju 0,5 –1.0 m celom dužinom lokalno po potrebi mestimično D mašinski, lokalno sa eksplozivom iskop u otvorenom u tunelu celom dužinom

Osnovni principi geotehničkog zoniranja

Model interakcije

• Predstavlja analizu interakcije geološke sredine i inženjerske delatnosti, tj.model ponašanja geološke sredine u uslovima određene inženjerske delatnosti i važi za dati model geološke sredine i datu inženjersku delatnost, odnosno za prostor njihove međusobne interakcije • Odluka o tome koji će se model interakcije primenjivati zavisi od: – vrste i namene objekta – faze projektovanja za koju se analiza, tj. modelovanje radi – tehnologije izvođenja radova

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Vrste inženjerske delatnosti – mogući tipovi interakcije mogu se podeliti prema: 1.

prostornom položaju 2.

3.

osnovnoj i specifičnoj nameni dominirajućim uticajima na geološku sredinu 4. konstruktivnim karakteristikama 1.

2.

Prema prostornom položaju objekti mogu biti: 1.

Površinski 2. Podzemni 3.

Mešoviti Prema osnovnoj i specifičnoj nameni mogu biti: 1.

građevinski 2. rudarski

Osnovni principi geotehničkog zoniranja 3. Prema dominirajućem uticaju: – – – – – mehanički uticaji (rasterećenje, opterećenje) hidraulički (podzemne vode, površinske vode) termički (od objekta, od tople vode, od primenjene tehnologije) hemijski (od površinskih deponija, od podzemnih deponija) morfološki (promene reljefa nasipanjem, iskopavanjem, sleganjem) 4. Prema konstruktivnim karakteristikama – – – – mostovi zgrade brane podzemni iskopi

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • U praksi se najčešća podela vrši prema dominirajućem uticaju i prostornom položaju: 1.

2.

3.

• Fundamenti i nasute konstrukcije (preovlađujući tip uticaja je opterećenje) Sve vrste građevina sa temeljima, kolovozne konstrukcije, nasipi • Potporne konstrukcije (preovlađujući tip uticaja je sprečavanje deformacija) Potporni zidovi i pomoćni odn. Prateći objekti, dijafragme • Kosine (dominirajući tip uticaja je rasterećenje) Kosine useka, zaseka, kanala, površinski kopovi i deponije jalovine

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • 4.

Brane i akumulacije (dominirajući uticaj opterećenje) 5. Podzemni iskopi – sve vrste građevinskih i rudarskih podzemnih objekata (dominirajući uticaj rasterećenje, specifično opterećenje) Primenjena tehnologija: • • • • • način rada redosled i dinamika izvođenja radova način zaštite iskopa faze izrade dreniranje i ventilacija

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Opredeljujući kriterijumi za izbor modela interakcije: – osnovni tip interakcije-mogući mehanizmi mehaničkog ponašanja – karakteristično naponsko-deformaciono ponašanje stenske mase – ekonomičnost – mogućnost verifikacije • Vrste modela interakcije – Analitički modeli (matematički i eksperimentalni) – Empirijski modeli (zemljotresno inženjerstvo) – Empirijsko-analitički modeli (NATM)

Osnovni principi geotehničkog zoniranja • Najčešće korišćeni pristupi u geotehnici-matematički modeli – utvrđivanje korelativnih matematičkih veza između svojstava sistema (geološke sredine) i opterećenja kojima je izložen(a), odnosno stanja napona i deformacija koje nastaju kao posledica te interakcije • Dva osnovna pristupa analizi: – Kontinum pristup (podrazumeva da se usvaja koncept neprekidne sredine kontinuma u kojoj se deformacija definiše kao neprekidna transformacija prostora u kome se sistem nalazi; u opštem obliku rešenja distribucije napona i deformacija zadovaljavaju uslove ravnoteže i kompatibilnosti, zajedno sa ostalim konstitutivnim zakonima i ima jednoznačna rešenja) – Diskontinum pristup vrednosti (podrazumeva model u kome se tretiraju i svojstva diskontinuiteta, fizičkih prekida u stenskoj masi koji se mogu tretirati pojedinačno-deterministički ili preko prosečnih statistički pristup)

Prostorni položaj tunela i pukotina (projekcija lopte) sa parametrima čvrstoće na smicanje ANALIZA STABILNOASTI BLOKOVA Položaj tunela: orijentacija nagib 85 1 Familije pukotina: azimut pada padni ugao 1 familija 2 familija 310 220 25 65 3 familija 4 familija 160 15 55 20 Zapremin. težina: 25 kN/m3 Parametri čvrstoće: kohezija (t/m 2 ) ugao trenja ( o ) 1 familija 1,0 27 2 familija 3 familija 4 familija 0,5 0,0 0,0 25 25 25 Pritisak vode: 0,0 Mpa

Stabilnost blokova osiguranih ankerima

Izolinije σ1 napona oko ne podgrađenog i podgrađenog iskopa “A” “B” “C”

Izolinije ukupnih pomeranja oko nepodgrađenog i podgrađenog iskopa “A” “B” “C”

Zone plastifikacije u stenskoj masi oko nepodgrađenog i podgrađenog iskopa “A” “B” “C”