P R E D G O V O R

Sadržaj knjige je uskladjen sa nastavnim planom i programom predmeta Inženjerska geologija na Gradjevinskom odseku Fakulteta tehničkih nauka u Novom Sadu. Obim knjige prevazilazi mogućnosti koje pruža fond časova 3+2 u jednom semestru. Kjnigu, po obimu strogo primerenu nastavnom planu i programu, bilo bi mnogo lakše, brže i jednostavnije napisati. I pored toga odlučio sam se da ona bude ovakva kakva je sada. Opredeljenje za ovakav pristup je u ličnom stavu da je solidna osnova iz inženjerske geologije neophodna za sticanje odgovarajućih znanja iz predmeta mehanika tla, fundiranje i gradjevinski materijali. Ono što studenti ne nauče do polaganja ispita iz inženjerske geologije, naučiće u vremenu posle toga.

Sve stenske mase u sklopu terena su, po pravilu, anizotropne, heterogene i u odredjenom naponskom stanju. Prekomerna uprošćavanja, kako se to često čini da bi se matematički rešili odredjeni problemi, mogu biti višestruko pogrešna. Zato treba naći meru izmedju težnji nekih istraživača terena da se primat da proračunima i drugih istraživača terena koji veću težinu daju izučavanju strukturnih svojstava stenskih masa i izboru parametara za proračune, ne zapostavljajući i potrebna uopštavanja. Izvesno je da istraživači terena, kako se to u knjizi naglašava, treba da terenskim istražnim radovima prikupe što je moguće više informacija, da te podatke i one koji se dobiju laboratorijskim metodama na valjan način obrade, uključujući i potrebne proračune.

Knjiga će biti dovoljna i studentima drugih gradjevinskih fakulteta, za sticanje potrebnih znanja iz oblasti inženjerske geologije. Takodje, studenti završnih godina studija gradjevinske struke i inženjeri, moći će u ponovnom čitanju ove knjige naći dosta korisnih informacija i podataka. Osim studenata gradjevinskih fakulteta, knjiga će biti od koristi i studentima i inženjerima: pojedinih odseka Rudarsko-geološkog fakulteta, Poljoprivrednog fakulteta, Prirodno-matematičkog fakulteta.

Učestvovao sam, samostalno ili sa drugim stručnjacima, u realizaciji istraživanja terena za raznovrsne objekte, za različite faze istraživanja. Posebno ističem istraživanja za: podzemne objekte, klizišta, brane i akumulacije, zgrade i dr. Izvesno je da su ta iskustva našla svoj autentični odraz u knjizi. U većini slučajeva, zbog ograničenosti prostora, lični stavovi i iskustva su prikazani u vrlo sažetoj formi, ali i to zasigurno obogaćuje ovu knjigu. Generalizovani stavovi i opšte prihvaćena stručna znanja su zasigurno dominantno zastupljena.

Knjiga treba da posluži studentima da steknu dovoljno znanja za normalno odvijanje nastave iz predmeta mehanika tla i fundiranje. I pored toga što su mnoge formule date u knjizi, u svim poglavljima težilo se tome da se prikaže kako je najveći obim istraživanja terena usmeren na to da se što je moguće preciznije uradi geotehnička karta područja i geotehnički presek terena. Greške koje iz toga proizilaze po pravilu su višestruko veće nego greške koje su uzrokovane izborom poznatih metoda proračuna.

Većinu poglavlja su pre publikovanja detaljno pregledali stručnjaci koji se bave predmetnom problematikom. Na tome im se zahvaljujem.

Posebno želim da se zahvalim recenzentima: prof. dr Petru Lokinu, dipl. ing. geol., prof. dr Radomiru Foliću, dipl. ing. gradj. i prof. dr Ljubomiru Rokiću, dipl. ing. geol.

Zahvalnost dugujem i svim sponzorima i pojedincima koji su materijalno pomogli da se ova knjiga publikuje.

Autordoc. dr Milinko Vasić, dipl. ing. geol.

2

1. UVOD

Inženjerska geologija je naučno-stručna oblast geologije. Ona je bazirana na metodološkim postupcima istraživanja i ispitivanja terena mnogobrojnih specijalizovanih naučnih disciplina, prevashodno u oblasti geologije, kojima je osnovni cilj i zadatak da se na bazi kompleksne metodologije ispitivanja terena precizira interakcijsko delovanje terena i objekata svih vrsta. To znači da je glavni zadatak istraživanja i ispitivanja terena utvrdjivanje bitnih činjenica koje se odnose na stenske mase u sklopu terena, svojstva i njihove karakteristike, stanja u sklopu terena i to sve sa stanovišta potreba graditeljstva. Osim praktične primene inženjerske geologije u gradjevinarstvu, gde je njen značaj daleko najvažniji, ona je našla praktičnu primenu i u rudarstvu, urbanističkom planiranju i naročito posledenjih godina u zaštiti geološke sredine.

Inženjerska geologija je relativno mlada naučna disciplina. Njen značaj je naročito ispoljen u drugoj polovini prošlog veka, a uslovljen je procvatom gradjevinarstva uopšte. Naime, izrazito je veliki civilizacijski napredak ostvaren u tom periodu, kada su u svetu, pa i kod nas, gradjeni mnogobrojni veoma važni objekti: brane, akumulacije, tuneli, podzemni objekti raznovrsne namene, putevi i železnice, objekti visokogradnje i dr. Mnogi objekti su iziskivali potrebu ne samo da se oni prilagode datim terenskim uslovima, već i obavezu da se vrše odredjena poboljšanja svojstava terena, za čega je takodje bila obavezna solidna istraženost terena. Zasigurno se može tvrditi da, kako su projektovani i gradjeni sve složeniji i veći objekti, tako je narastala i potreba sve bolje istraženosti terena i preciziranje geotehničkih uslova njihove izgradnje. Nesporan je i veoma veliki doprinos upravo inženjerske geologije u tom pogledu. Glavni pravci u kojima se sada razvija inženjerska geologija su:

- izučavanje mineralno-petroloških svojstava stena, njihovih fizičko-mehaničko-tehnoloških i drugih svojstava, u cilju korišćenja prirodnih materijala u industriji gradjevinskih materijala i gradjevinske galanterije;

3

- kompleksna geotehnička izučavanja većih ili manjih područja, regionalna i detaljna, za potrebe višenamenskog korišćenja i očuvanja prirodne sredine;

- detaljna geotehnička ispitivanja i istraživanja za potrebe izgradnje i eksploatacije najraznovrsnijih gradjevinskih objekata, uključujući i specijalna ispitivanja i istraživanja za potrebe poboljšanja svojstava terena;

Istraživanjima terena bave se i druge naučno-stručne discipline. Većina njih je u osnovi razvijena iz geologije, kao matične nauke. Osim njih izučavanjima terena bave se i naučne discipline koje su prevashodno razvijene u oblasti gradjevinarstva, kao što su mehanika tla i mehanika stena, u posledenje vreme i gradjevinska geotehnika. Prema pristupu koji je dat u ovoj knjizi nema bitnih sporenja izmedju tih naučnih disciplina u pogledu toga šta je i u kojoj meri predmet izučavanja navedenih disciplina. Naime, bazna znanja koja pruža inženjerska geologija, pre svih preciziranje litoloških modela, sa mnogobrojnim važnim strukturnim svojstvima, neophodna je podloga za formiranje svih drugih modela: matematičkih, mehaničkih i dr. U pojedinim slučajevima kada se rešavaju praktični problemi, naročito u oblastima mehanike tla i mehanike stena, pojedini istraživači terena mišljenja su da ima izvesnih preklapanja i to je skoro po pravilu izraženo kada se radi o relativno malim i jednostavnim objektima, ili kada se radi o relativno povoljnim terenima pa se izvodi relativno malo istraživanja. Velika većina istraživača teži tome da istraživanja imaju timski karakter, da ih ne čini samo jedan istraživač ili grupa istraživača terena jednog usmerenja. Praksa je pokazala, naročito kad su u pitanju objekti od kapitalnog značaja, da je timski rad odnosno multidisciplinarnost od najvećeg stručnog i praktičnog značaja.

Knjiga je napisana tako da pruža bazna znanja iz vrlo široke oblasti geologije, a koja su od velike praktične koristi pri projektovanju, izgradnji i eksploataciji gradjevinskih objekata. U poglavljima 3 i 4 data su najvažnija saznanja iz oblasti mineralogije i petrologije. Pristup pisanju tih poglavlja je takav da se daju činjenice koje su opšteprihvaćene u mineralogiji i petrologiji, ali sa stalnim naglaskom na praktični značaj u domenu inženjerske geologije. Naime, vrlo često, bar kad su u pitanju jednostavni gradjevinski objekti, samo poznavanje vrsta stena u konstrukciji terena može biti dovoljno za rešenje mnogih praktičnih problema. Na bazi datog u mineralogiji i petrografiji, kao i završenih praktičnih vežbi, moguće je uraditi geotehnički model terena po parametru litogenetskog sastava. Naravno, njegova nadogradnja, kao i preciziranje, predmet su detaljnih ispitivanja.

Problemi granica medju litogenetskim jedinicama, kao i strukturnih svojstava stenskih masa u sklopu terena, vrlo često su takvi da je preciziranje tih elemenata najobimniji, najkomplikovaniji i najskuplji deo istraživačkog posla. Takva konstatacija je apsolutno tačna kad su predmet istraživanja veća područja, npr. područje akumulacionog basena, pregradni profil brane, duži tuneli, podzemni objekti i dr. Zato je izučavanju strukturnih svojstava dat odgovarajući značaj. U knjizi su razmatrani: nabori, rasedi, pukotine. Za veliki broj relativno jednostavnih i malih objekata, naročito objekata visokogradnje, kod kojih je interakcijsko delovanje takodje malo, a gradja područja jednostavna i poznata, preciziranje karakteristika nekih bitnih svojstava (Ms, C, ϕ) i prateći proračuni (nosivost i sleganje) mogu biti najvažniji deo, a ne izučavanje strukturnih svojstava.

4

Stenske mase mogu biti sveže - neizmenjene i u različitim stadijumima alterisanosti-izmenjenosti. Kao takve one se moraju tretirati kako sa stanovišta iskoristljivosti prirodnih mineralnih materija i stena u industriji gradjevinskog materijala i gradjevinske galanterije, a isto tako kao podloga objektima ili sredina u kojoj se gradi. U knjizi se to obrazlaže, kao i karakteristike najbitnih fizičko-mehaničkih svojstava uzoraka stenske mase, sveže ili izmenjene.

U poglavlju inženjerska hidrogeologija dat je kratak prikaz vrsta podzemnih voda, uslovi njihovog formiranja, uticaji podzemnih voda na karakteristike pojedinih svojstava i njihova agresivnost. Za potrebe gradjevinarstva veoma značajni su geološko-geotehnički uslovi zaštite od podzemnih voda. Navedene su osnovne metode zaštite kao i osnovni obrasci po kojima se sniženja mogu sračunati.

Uporedo sa iskorišćavanjem boljih terena za izgradnju, kao i usložnjavanjem konstruktivnih karakteristika i drastičnog povećanja dimenzija pojedinih gradjevinskih objekata, naročito dolazi do izražaja potreba da se vrše poboljšanja svojstava terena. Ona mogu biti trajnog ili privremenog karaktera. Zato je ukratko, u poglavlju geotehničke melioracije terena, dat prikaz metoda poboljšanja, takodje i pojedina važna objašnjenja koja mogu biti od koristi širokom krugu čitalaca.

Vrlo često prirodnim procesima, ili neodgovarajućim ljudskim aktivnostima, mogu nastupiti štetne posledice po objekte, a one mogu proisteći zbog zemljotresnih aktivnosti u Zemljinoj kori, ili aktiviranja savremenih geoloških procesa: kliženja, odronjavanja, jaružanja, erozije svih vrsta, sleganja terena i dr. Ti procesi se detaljno izučavaju u inženjerskoj geologiji i od izuzetne su važnosti pri planiranju iskoristljivosti prostora, takodje o njima se mora voditi računa i pri izgradnji na svakoj mikrolokaciji.

Inženjerska geologija je fundamentalna naučno-stručna disciplina u okviru geotehnike. Za rešenje problema preciziranja uslova izgradnje pojedinih objekata koriste se uobičajene metode istraživanja koje se koriste i u drugim specijalizovanim naučno-stručnim disciplinama geologije. Razlike su u tome što npr. nije primarno u inženjerskoj geologiji, ili geomehanici, izučavanje mineralnog ili petrološkog sastava terena onako kako je to praksa u mineralogiji ili petrologiji, već analiza značaja i uticaja takvog sastava na uslove izgradnje i eksploatacije konkretnih objekata. U ovoj knjizi dat je prikaz najčešće primenjivanih metoda istraživanja, objašnjenja postupaka i rezultati koji se njima dobijaju. Takodje navedene su osnovne postavke izrade programa i projekata istraživanja terena, kao i načelni sadržaji elaborata o rezultatima istraživanja.

Celokupan sadržaj knjige napisan je tako da je ona, po mišljenju autora koji je učesnik na mnogobrojnim stručnim poslovima vrlo raznovrsnim po vrstama i objektima, dobra i široka osnova za proširenje znanja iz pojedinih naučnih disciplina koje se bave izučavanjem terena. To se prevashodno odnosi na mehaniku tla, mehaniku stena, fundiranje, hidrogeologiju, prirodne gradjevinske materijale. Takodje, neophodno je naglasiti da je pristup pisanju knige nedvosmisleno takav da inženjersku geologiju stavlja na centralno mesto u disciplinama geotehnike, koja ima cilj i zadatak da objedinjuje rezultate svih drugih naučnih disciplina koje se bave istraživanjima terena. Takav zaključak

5

je logičan, nedvosmislen, jedino je ispravan, ako se realno podje od činjenice da su proračunski modeli samo više ili manje, uspešno ili neuspešno, uprošćeni prirodni modeli. Opšte je prihvaćen stav da u prirodnim uslovima nema idealno elastičnih materijala, da su stenske mase po pravilu diskontinualne, heterogene, anizotropne i u promenljivim uslovima naponskog stanja. Upravo u tim činjenicama nalazi se i centralno mesto inženjerske geologije, da na bazi potrebnog obima i vrsta istražnih radova omogući izbor dovoljno reprezentativnog modela terena, za koji će se nadalje vršiti potrebne analize i proračuni.

6

2.GEOLOŠKO-GRADJEVINSKE SREDINE

2.1. Geološka gradja zemlje i zemljine kore

Pod pojmom geološke gradje podrazumeva se litološki sastav, starost i tektonska svojstva stenskih masa. Njihovo preciziranje je relativno jednostavno u slučajevima malih područja kada se izvode detaljna i obimna ispitivanja i istraživanja, pa i tada do ograničene dubine, tj. do dubine dokle se izvode ispitivanja. Kada su u pitanju duboki delovi Zemljine kore odredjeni rezultati se poseduju, ali se oni ipak moraju prihvatiti kao hipotetički u značajnoj meri.

Postanak Zemlje kao planete u Sunčevom planetarnom sistemu još uvek nije naučno dokazan. Mnogobrojne su hipoteze kojima su činjeni pokušaji da se to dokaže: Kant – Laplasa, Džinsa, Šmita, Fesenka i dr. Navedene hipoteze zasnovane su na pretpostavkama: po jednima da je postojala hladna gasovito-prašinasta pramaglina, po drugima usijana pramaglina razredjenih gasova nevezanih elemenata. Neki od njih bili su mišljenja da je Zemljia nastala otkidanjem dela Sunčeve mase.

Ono što je naučno dokazano je da je Zemlja modifikovano loptastog oblika, tj. ima oblik obrtnog elipsoida. Ekvatorijalni poluprečnik Zemlje je oko 6381 km, polarni oko 6360 km.

Na bazi geofizičkih ispitivanja, tj. na bazi jasno izraženih diskontinuiteta u pogledu brzina prostiranja elastičnih talasa, utvrdjeno je da se u gradji Zemlje mogu izdvojiti njeno jezgro, prelazni pojas i zemljina kora (Sl. 2. 1.). Diskontinuiteti su na dubini 8-70 km koliko je i debljina Zemljine kore. Najmanja je u područjima okeanskih oblasti, a najveća u kontinentalnim oblastima. Sledeća nagla promena brzina prostiranja talasa je na dubini od oko 2880 km, gde je granica prelazne zone i Zemljinog jezgra. U okviru jezgra mogu se izdvojiti unutrašnje i spoljašnje jezgro sa medjusobnom granicom na oko 5140 km. Sa praktičnog stanovišta inženjerske geologije značajna je samo Zemljina kora, jer se u njoj odvijaju gradjevinske i druge ljudske aktivnosti, a dublji delovi su značajni sa stanovišta naučnog interesa da se nepoznato, ili nedovoljno poznato, istraži. Izvesno je da se dubina do koje su doprla direktna ispitivanja, naročito u smislu dubokih bušotina,

7

izvedenih prevashodno za potrebe dobijanja nafte i gasa, stalno produbljuje. Najdublje bušotine su dubine oko 16 km.

Ni Zemljina kora nije podjedanko detaljno istražena u površinskim svom delu i dublje. Razlog tome je u činjenici da je za potrebe graditeljstva od izuzetno velikog značaja samo plitki, pripovršinski njen deo do dubine od svega nekoliko metara ili nekoliko desetina metara, kolika je obično i zona sadejstva objekta i terena. Izvesnih specifičnosti ima kod nekih vrsta objekata kod kojih je zona sadejstva relativno velika. Takvi objekti mogu biti u celini, ili pojedini njihovi delovi, duboko u podzemlju.

Zemljinu koru izgradjuju vrlo raznovrsne vrste stena. Daleko najveće učešće u gradji imaju čvrsto vezane magmatske i metamorfne stene, u manjem obimu i sedimentne stene. Nevezane i poluvezane stene su po pravilu u površinskoj zoni

terena, naročito u ravničarskim područjima i područjima uz reke. Genetski posmatrano, njihov nastanak je vezan za sedimentacione uslove taloženja, u manjem obimu usled navejavanja eolskog materijala. Veliki značaj poluvezanih i nevezanih stena, tj. tla u gradjevinarstvu proizilazi upravo iz činjenice da su od tih stena izgradjena skoro sva područja u kojima je došlo do grupisanja stanovništva i formiranja gradova sa svim njihovim sadržajima u urbanističkom i graditeljskom smislu. Do toga je došlo po prirodi stvari, jer su u tim područjima najlakše zadovoljavane osnovne ljudske potrebe za hranom, vodom, relativno jednostavnom izgradnjom svih vrsta infrastrukturnih i komunalnih objekata.

Stenske mase u Zemljinoj kori zahvaćene su procesima alteracija - izmena, pod dejstvom tzv. spoljašnjih uticaja. Izmene su najintenzivnije na površini terena, opadaju sa dubinom, a samo u retkim slučajevima na površini su neizmenjene stene i to po pravilu kad se izmenjeni materijal nekim prirodnim procesima odnosi. Značaj izučavanja površinske kore raspadanja stena je višestruk, jer su u toj zoni znatno smanjena otporna i deformabilna svojstva stena, povećana je vodopropustljivost, najveći broj klizišta je u njoj formiran i dr.

Temperatura stena je promenljiva po dubini. Od površine terena do tzv. neutralnog pojasa temepratura koleba, promenljiva je zavisno od spoljašnjih uticaja. U neutralnom pojasu, koji je najčešće na dubini 15-30 m, temperatura je konstantna i jednaka je srednjoj godišnjoj temperaturi mesta na površini. Od neutralnog pojasa temperatura stalno raste, prosečno posmatrano 1o C za svakih 33 m dubine.

8

Sl. 2.1. Shematski prikaz isečka Zemlje, od površine do njenog jezgra; B, C - prelazna zona; D -

Zemljina kora; E - atmosfera

Sl. 2.1. Shematski prikaz građe zemljine kore; 1, 2, 3-Zemljina kora; 4, 5-prelazna zona

Geološka hronologija Zemljine kore

Nastankom čvrstih stena zemljine kore i prvih mora i okeana, počele su da se odvijaju odredjene promene u Zemljinoj kori, koje traju sve do današnjih dana. Na to nam ukazuju mnogobrojna istraživanja koja su do sada izvodjena uglavnom u plićim delovima Zemljine kore, ali su dovoljna da bi se stekli zaključci o gradji i evoluciji kroz hiljade, milione, pa i stotine miliona godina.

Prva Zemljina kora bila je izgradjena samo od čvrstih silikatnih rastopa (magmatskih stena). U početku geološke istorije bila je vrlo tanka, pa su se kroz nju lako probijali novi magmatski rastopi. Vremenom Zemljina kora je postajala sve deblja, mada su se njene dublje mase verovatno delom ponovo stapale. U toj razvojnoj etapi reljef Zemljine kore je bio sav roav (neravan) od mnogih vulkanskih kratera i raznovrsnih preloma kao i prvih nabora, a unutrašnja gradja kore takodje se jako menjala.

Kasnije, kruženjem vode u prirodi, obrazovanjem površinskih tokova i dejstvom drugih spoljašnjih sila, počinju se obrazovati i sedimentne stene. One se deponuju u jezerima, morima i drugim depresijama Zemljine kore. Danas, posle mnogo miliona godina i mnogih strukturnih izmena, sedimentne stene obrazuju mestimično naslage debljine desetak i više kilometara.

Povećanjem debljine Zemljine kore, te mestimičnim spuštanjem sedimentnih i magmatskih stena u njene dublje delove, gde vladaju veliki pritisci i temeprature, došlo je do preobražaja (metamorfisanja) navedenih stena.

Promene litološkog sastava Zemljine kore često su praćene i strukturnim promenama njene gradje, gde dolazi do stalnih ubiranja i rasedanja stenskih masa. Usled toga na sadašnjoj površini Zemljine kore postale su dostupne direktnom posmatranju sve litološke vrste stena različitih geoloških starosti.

Primenjuju se različite metode za odredjivanje starosti stenskih masa Zemljine kore. Najstarija je stratigrafska hronologija, koja se zasniva na principu da su slojevi koji se nalaze niže po pravilu stariji od slojeva koji su nataloženi preko njih. Takodje, niži delovi jednog istog sloja su stariji od viših delova. Iz toga sledi da su promene litoloških

9

vrsta stena u vertikalnom preseku posledica promenjenih uslova sedimentacije na posmatranoj lokalnosti.

Najčešće se koristi paleontološka metoda, koja takodje odredjuje relativnu starost stena zemljine kore. Na osnovu okamenjenih ostataka (fosila) nekadašnjih vrsta životinja i biljaka, koje su karakteristične za pojedina geološka razdoblja, vrši se razdvajanje sedimentnih naslaga po relativnoj starosti uZemljinoj kori. To je moguće jer se živi svet tokom geološke istorije stalno menjao. Od prvih primitivnih i jednostavnih organizama, razvijale su se sve složenije i složenije vrste do današnjih predstavnika. Na osnovu više stotina hiljada raznovrsnih fosila, rekonstruisana je opšta evolucija organskog sveta, pa su na osnovu nje odredjene i karakteristične vrste fosila za pojedina razdoblja duge istorije Zemljine kore.

Za odredjivanje apsolutne starosti koriste se metode radiometrijske hronologije, za one stene koje sadrže radioaktivne minerale. Iz odnosa količine urana i uranskog olova dobijenog radioaktivnim raspadanjem uranskih ruda, odredjuje se vreme proteklo od momenta kada je to raspadanje počelo. Na taj način je moguće iz spontane dezintegracije minerala izračunati apsolutnu starost stene.

Ovom metodom odredjena je starost rude uranita iz Karelije, a ona iznosi 1,85 milijardi godina. Najstarije stene Zemljine kore, čija je starost odredjena pomoću stroncijuma 87 i rubidijuma 87, se nalaze u arhipelagu Svetog Pavla u Atlantiku. One su stare 4,5 milijardi godina.

Podela geološkog vremena

Pošto su u svakoj etapi geološke istorije živele odredjene vrste i odgovarajući evolucioni oblici organizama, to je pružilo mogućnosti da se slično istoriji čovečanstva i u istoriji Zemljine kore izdvoji nekoliko vremenskih odeljaka sa karakterističnim serijama slojeva. Najveće vremenske jedinice u istoriji Zemljine kore su ere: arhajska, algonkijska, rifejska, palozojska, mezozojska i kenozojska (Tablica br. 2.1.). Prve tri se još zovu zajedničkim imenom prekambrija. One su trajale najduže (oko 2-3 milijarde godina). Debljina stena stvaranih u prekambriji iznosi nekoliko desetina kilometara. Od njih su izgradjeni veliki delovi postojećih kontinentalnih blokova, a mahom su potpuno metamorfisane.

U geološkoj hronologiji ere se dele na manje vremenske jedinice, tj. periode, a one dalje na epohe. Sedimentne stene stvarane za vreme jedne ere nazivaju se grupe, što znači da svakoj eri odgovara grupa sedimenata. Geološkim periodama odgovaraju manje naslage sedimenata koje se nazivaju sistemi slojeva, koji se dalje dele na serije slojeva, koje opet odgovaraju manjim vremenskinm razdobljima, tj. epohama. Odeljci serija nazivaju se katovi, koji se dalje dele na potkatove, a ovi na zone, koje su najmanje stratigrafske jedinice slojeva.

10

Tablica br. 2.1. Podela geološkog vremena

Paleozojska era ima šest perioda: kambrijum, ordovicijum, silur, devon, karbon i perm, koje su ukupno trajale oko 345 miliona godina. Stene stvarane u paleozojskoj eri su sada najvećim delom metamorfisane, a manjim delom su ostale nepromenjene, tj. slojevite, masivne i većinom čvrste i dobro vezane. U njima se mogu naći fosilni ostaci koji karakterišu doba starog organskog sveta i koji su ponekad dobro sačuvani. U kambrijumskim sedimentima ima najviše ostataka izumrlih zglavkara (trilobita) i crvuljaka (brahiopoda). Ordovicijum karakteriše pojava krečnjačkih algi, korala, a u devonu prve prave kopnene biljke. U karbonu se jako razvija niže bilje, gde su tadašnje papratnjače dostizale visinu sadašnjih stabala listopadnog bilja (do 30 m), a u životinjskom svetu javljaju se vodozemci. Perm karakteriše pojava četinara i gmizavaca.

Mezozojska era je trajala oko 155 miliona godina. Deli se na tri periode: trijas, juru i kredu. Stene stvarane u mezozoiku su većinom čvrste i dobro vezane, mestimično metamorfisane. Od živog sveta za mezozojsku eru naročito je karakterističan razvoj gmizavaca.

Kenozojska era trajala je oko 56 miliona godina. Obuhvata dve periode: tercijar (paleogen i neogen) i kvartar, kome pripada i današnje doba. Sedimentne stene stvarane u

GEOLOŠKA ERA

PERIODA EPOHAPERIOD-TRAJANJE

(miliona godina)Kenozoik (Kz) Kvartar (Q) Holocen (Q2)

Pleistocen (Q1) 1Neogen (Ng) Pliocen (Pl) 10

Miocen (M) 15 25Paleogen (Pg) Oligocen (Ol)

Eocen (E) 30Paleocen (Pc)

Mezozoik (Mz)

Kreda (K) Gornja kreda (K2)

Donja kreda (K1) 70Jura (J) Gornja jura (J3)

Srednja jura (J2)Donja jura (J1) 45

Trijas (T) Gornji trijas (T3)Srednji trijas (T2)Donji trijas (T1) 40 155

Paleozoik (Pz) Perm (P)Karbon (C)Devon (D)Silur (s)Ordovicijum (O)Kambrijum (Cm) 345Rifej (R)

Prekambrija Algonkija (Ptz) Arhaik (Ar) >2700

11

kenozoiku su većinom slabije vezane i meke, ili su potpuno nevezane. Izuzetno one mogu biti i metamorfisane u kontaktnima sa magmatskim probojima. Za tercijarnu periodu naročito je karakterističan razvoj kičmenjaka i kopnenog bilja (cvetonoša). U pleistocenu (starijoj epohi kvartarne periode) postaje čovek. Iz tog vremenskog razdoblja pronadjeni su ostaci (vilica) i najstarijeg fosilnog pračoveka u blizini Pekinga, za koga se smatra da je živeo pre milion godina.

Tačno utvrdjena starost stenskih masa u sklopu terena, kao i njihovi medjusobni odnosi, u značajnoj meri olakšavaju preciziranje litogenetskih jedinica od površine terena do neke dubine. Na bazi tih elemenata moguće je relativno puzdano prikazati litogenetske jedinice kako u prvoj projekciji, na karti, tako i u vertikalnom ili bilo kom drugom preseku. Profili terena koji su uradjeni na bazi litogenetskog sastava terena predstavljaju opšte geološke profile terena. Kada se osim tih litogenetskih podataka poseduju i podaci koji su rezultat istražnog bušenja, pregleda iskopa istražnih galerija, istražnih okana ili drugih istražnih radova, mogu se uraditi precizniji profili terena, koji se uobičajeno nazivaju inženjerskogeološki profili ili preseci terena. Oni mogu biti opšte ili specijalne namene.

Dobro poznavanje litogenetske starosti sedimentnih tvorevina i to onih koje su nastale u relativno velikim sedimentacionim basenima, omogućuje relativno jednostavno njihovo prikazivanje na odgovarajućim litološkim profilima terena. Osnovna prirodna zakonomernost je da su u dubljim delovima sedimentnog basena taloženi stariji sedimenti, a potom mladji preko njih. Zanemarujući odredjene nepravilnosti koje mogu natupiti u priobalnim delovima sedimentacionog basena, u dubljim delovima basena su uslovi taloženja relativno pravilni i istaložavani sedimenti su u prvobitnom položaju horizontalni, ili približno horizontalni - subhorizontalni. Po nastanku sedimenata, u dugotrajnom vremenskom periodu, dolazilo je do mnogobrojnih izmena prvobitno nastalih sedimenata - slojeva, vršena je njihova konsolidacija ili drugi vidovi dijagenetskog očvršćavanja, kao i procesi tektonskih poremećaja. Kao najbitnija posledica tih poremećaja je njihovo dovodjenje u nagnuti položaj, sa promenljivim padnim uglovima, koji variraju do vertikalnog položaja.

2.2. Sredine izgradjene od čvrstih stena

Izuzev relativno plitkih površinskih delova terena, Zemljina kora je izgradjena od čvrstih, kamenitih, stenskih masa. Zastupljene su vrlo raznovrsne stene: magmatske, sedimentne i metamorfne. Najviše zakonomernosti i pravilnosti u ispunjavanju prostora pružaju sedimentne stene, daleko manje magmatske i metamorfne. Razlog tome je u činjenici da su čvrste sedimentne stene takve da je mnogo lakše prognozirati i pratiti njihove prostorne odnose, smenjivost u prostoru, zakonomernosti u prirodnim procesima kojima su oni izvodjeni iz svog prvobitnog položaja, u kom su nastali i dovodjenje u neki novi položaj. Kod slojevitih sedimentnih stena osnovno njihovo obeležje su slojevi, bilo da su slojevi unutar jedne iste vrste stene ili medjuslojni kontakti različitih vrsta stena. U okviru masivne sedimentne stene često su zastupljeni pojedinačni proslojci, tanji ili deblji slojevi iste ili druge stene, što vrlo lako omogućuje reinterpretaciju i izučavanje prostornih elemenata koji su u vezi sa slojevitošću.

Metamorfne stene su sve čvrsto vezane. Teže su za izučavanje i precizno predstavljanje na svim profilima terena, bez obzira na to da li su nastale metamorfisanjem sedimentnih ili magmatskih stena.

12

Magmatske stene su sve čvrsto vezane. U prirodi se nalaze u obliku različitih magmatskih tela, koja po svojim karakterističnim oblicima, veličini, odnosu prema okolnim stenama zadobijaju specifične nazive. Najosnovnija njihova podela je na magmatska tela koja su ogromnih dimenzija po prostranstvu koje zauzimaju, npr. u području grada Njujorka, pa do onih koja su samo pojedinačne tanke a dugačke žice koje presecaju okolne stene.

Opšte inženjerskogeološke karakteristike čvrstovezanih stena su da su to stene sa relativno velikim vrednostima čvrstoća, velikom kohezijom i unutrašnjim trenjem. Praktično posmatrano, sve čvrsto vezane stene su mnogostruko bolja sredina za fundiranje svih vrsta objekata nego što su to poluvezane i nevezane stene. Monolitni delovi čvrstih stena se praktično uvek smatraju da su kruta, nedeformabilna, tela. Pri prekoračenju čvrstoće tih stena, prevashodno zbog tektonskih procesa koji se dogadjaju u Zemljinoj kori, ili iz drugih razloga, nastaju prekidi mineralne materije: rasedi i pukotine. Mnoga bitna svojstva čvrstovezanih stena proističu iz toga kako je stenska masa ispucala, bilo u pogledu stepena ispucalosti ili načina ispucalosti. Problemi koji u takvim sredinama mogu nastupiti upravo su u vezi sa ispucalošću stenske mase, kao npr.: stabilnosti padina, stabilnost iskopa, vodopropustljivost, alterisanost, uslovi sidrenja i injektiranja itd. Naučna disciplina koja se dominantno bavi izučavanjem mehaničkih svojstava čvrstovezanih stena naziva se mehanika stena.

2.3. Gradjevinsko tlo

Uobičajeno u gradjevinskoj praksi, takodje i u geotehnici, gradjevinsko tlo čine poluvezane i nevezane stene. Naučna disciplina koja izučava gradjevinsko tlo naziva se mehanika tla.

Praktično posmatrano, sva tla mogu biti singenetska i postgenetska. To znači da su prva nastala u prirodnim uslovima taloženja prethodno raspadnutog i transportovanog prirodnog materijala, a druga su nastala prirodnim procesima raspadanja svih vrsta stena, bez bitnijeg iznosa pomeranja te raspadine, ili su u pitanju veštački nasuta tla.

U prirodi se često nalaze smene poluvezanih i nevezanih stena, a takodje medju njima i slojevi i sočiva gde se vrši dijagenetsko očvršćavanje - povezivanje prirodnom mineralnom materijom, zrna ili fragmenata stena. Takvi primeri su naročito česti npr. u pliocenim peskovima po obodou Fruške Gore, a ima ih i u okviru terasnih aluvijalnih sedimenata, ili u okviru padinskih drobinskih materijala nrp. u kanjonu Morače. Sve to navodi na neophodnost interdisciplinarnog izučavanja, pa čak npr. ni u okviru geomehanike nemoguće je pojedine probleme striktno podeliti na one koje se tiču samo mehanike tla ili samo mehanike stena.

Singenetska tla mogu biti vrlo raznovrsna. Najzastupljenija su ona koja izgradjuju: gline, lapori, peskovi, šljunkovi, mešavina glinovito-peskovito-šljunkovitih stena, les i dr. Sve su to poluvezane i nevezane sedimentne stene. Po svojoj genezi te stene mogu biti vezane za: marinske uslove taloženja, jezerske, rečne, odlagane na kopnu gde oslabi prenosna moć vetra. Generalno posmatrano ima značajnih razlika izmedju tih stena, zavisno od uslova sedimentacija. Ono što je, ipak, najvažnije, ne navodeći detalje, to je da što je manja sedimentaciona sredina to su i promenljivosti i sočivasta smenjivanja sedimenata veća i obrnuto. Takodje, specifičnosti su i u vezi sa uslovima prinošenja prirodnog materijala, uslovima njegovog istaložavanja i dr. pa se ne mogu medjusobno poistovetiti uslovi sedimentacije npr. u aluvionima Dunava, Tise, Drine i drugih reka. To je

13

još jedan, u nizu drugih, od bitnih parametara koji opredeljuju obim i vrste istražnih radova, a ne samo vrsta i dimenzije objekata.

Jedna specifična vrsta tla predstavljena je kopnenim lesom. Ta stena uvek izgradjuje teren od površine do maksimalne dubine od 40 m (u našoj zemlji). Les i tereni koje izgradjuje su dovoljno dobro i obimno istraživani i poznati: prostorni položaj u konstrukciji terena; svojstva i karakteristike bitnih svojstava; problemi u vezi sa dopunskim sleganjem usled naknadnog raskvašavanja; upotrebljivost u industriji gradjevinskog materijala.

Pojam gradjevinskog tla obuhvata i sve vrste stena intenzivno izmenjenih površinskim uticajima i to: zemljastu, glinovitu, drobinsku zaglinjenu raspadinu. Sve navedene vrste stena se po mnogo čemu ponašaju slično kao i glinovito-peskovito-šljunkovita tla koja su nastala u procesu sedimentacije. Navedene vrste raspadnutog materijala, u kori površinskog raspadanja, vrlo su rasprostranjene čak i u terenima kod kojih su neposredno ispod raspadine čvrstovezane stene. Za razliku od čvrstovezanih stena kod kojih se monolitni delovi smatraju krutim, nedeformabilnim telima, sve vrste poluvezanih i nevezanih stena su pod dejstvom dopunskog opterećenja deformabilne, stišljive. Površinskim uticajima izmenjene stene, tj. kora površinskog raspadanja, na geotehničkim profilima terena se lako izdvajaju i predstavljaju, pogotovu ako se poseduju rezultati bušenja, geofizičkih ili drugih detaljnih ispitivanja.

14

3.PETROGENI MINERALI

3.1. Opšte o mineralima

Minerali su prirodna jedinjenja čiji se sastav može izraziti hemijskom formulom. Njihove morfološke, strukturne i fizičke osobine, takodje geneza, klasifikacije i postojanost, detaljno se izučavaju u naučnoj disciplini koja se zove mineralogija. Velika većina do sada poznatih mineralnih vrsta su neorganskog porekla (kvarc, kalcit, samorodno zlato i dr.), a samo manji broj je organskog porekla (nafta, bitumen, ćilibar, ugalj i dr.). Minerali izgradjujuZemljinu koru i po tome se razlikuju od organizama i sintetskih anorganskih jedinjenja.

Minerali su najčešće jedinjenja dva ili više hemijskih elemenata. Mali broj minerala je izgradjen od jednog elementa kao što su npr. samorodno zlato, platina i dr. U prirodi se nalaze, najčešće, u čvrstom agregatnom stanju, u vidu tvrdih prirodnih tela. Pojedine mineralne vrste su u tečnom ili gasovitom stanju. Minerali su najčešće dobili nazive po svom hemijskom sastavu, po jako izraženim fizičkim svojstvima ili po istraživaču koji ih je po prvi put otkrio. Tako je npr. kalcit dobio naziv po svom hemijskom sastavu, olivin po zelenoj boji, a vernadskit po imenu akademika Vernadskog, koji je prvi dokazao njegovo postojanje.

Do sada je utvrdjeno oko 2000 minerala različitih naziva, a zajedno sa svim njihovim varijetetima oko 4000. Ipak, svi minerali nisu podjednako važni u gradji stena. Od tako velikog broja poznatih minerala, svega nekoliko desetina mineralnih vrsta izgradjuje glavnu masu stena. Pored petrogenih - nemetaličnih minerala, u prirodi su zastupljeni i metalični minerali, iz kojih se odredjenim tehničko-tehnološkim procesima dobijaju korisni metali.

Minerali su homogena, po pravilu anizotropna tela. To znači da su oni u svakom svom delu istog strukturnog sklopa i hemijskih osobina, što se lako utvrdjuje savremenim metodama ispitivanja, pre svega rendgenskim, mikroskopskim i hemijskim metodama. Njihova anizotropija je naročito izražena kod svih kristalnih oblika minerala, a ogleda se u tome da su parametri pojedinih svojstava bitno različiti u različitim pravcima. Amorfni minerali su izotropni. Takodje kristalni minerali iz tzv. teseralne sisteme približavaju se izotropnim u pogledu nekih fizičkih i mehaničkih svojstva, npr. u pogledu toplotnog širenja u pravcu tri glavne ose simetrije.

Često su minerali izgradjeni od dve ili više mineralnih komponenti, tako što te mineralne komponetne u gradji učestvuju sa promenljivim procentualnim udelom. Ta

15

pojava naziva se izomorfija, a sam mineral je izomorfna smeša. Primer izomorfne smeše dve komponente je npr. mineral olivin koga čini mineral forsterit Mg2SiO4 i fajalit Fe2SiO4, ili npr. plagioklasi iz grupe feldspata koji su izomorfne smeše minerala u čijoj gradji učestvuju Na i Ca.

Minerali se mogu udruživati - povezivati, medjusobno, po tačno utvrdjenim zakonima. Ta pojava se naziva bližnjenjem minerala.

Svojstva i karakteristike minerala koji izgradjuju neku stenu bitno utiču na svojstva i karakteristike te iste stene. Tako npr. tvrdi minerali izgradjuju tvrde stene, a pogotovu je to slučaj ako su ispunjeni dodatni uslovi da su isti sveži-neizmenjeni i da je vizivo izmedju minerala takodje čvrsto - silicijsko.

3.2. Postanak minerala

Minerali u stenama su primarnog ili sekundarnog porekla. Primarni su oni koji su nastali kad i sama stena. Sekundarni minerali nastaju preobražajem, tj. raspadanjem, primarnih mineralnih vrsta koji su u steni, ili su u stenu uneti nekim naknadnim prirodnim procesima. Prirodni procesi nastajanja minerala i njihovo raspadanje, kad se za to steknu uslovi, traju i trajaće u budućnosti.

Najvažniji vid nastanka primarnih minerala je magmatogeni. Tako nastali minerali se često nazivaju i endogeni minerali. Njihov nastanak je vezan za očvršćavanje - hladjenje magme, tj. hladjenje silikatnog rastopa koji se obrazuje u dubljim delovima Zemljine kore ili gornjim delovima mantije. Magmu čine teško isparljive komponente (SIO2, Al2O3, Fe2O3, Fe3O4, MgO, CaO, Na2O i dr.) i lako isparljive komponente (H2O, HCl, CO, CO2, SO2, SO3, H2S i dr.). Pri procesu hladjenja magme dolazi do kristalizacije minerala i obrazovanja odgovarajućih stena. Kristalizacija različitih mineralnih vrsta je direktno vezana za termičke uslove, stanje pritisaka koji vladaju u magmi, vlažnosti magme i dr. Postoje zakonitosti u pogledu redosleda kristalizacije pojedinih mineralnih vrsta iz magme, koje dosta dobro ilustruje tzv. Bovenova shema redosleda kristalizacije (Sl. 3.1.).

Sl. 3.1. Bovenova šema redosleda kristalizacije minerala iz magme

Pri odvijanju procesa stvaranja magmatogenih minerala prvi nastaju olivini, približno na 1673 K (1400 0C), zatim mnogi drugi i tek na najnižim temperaturama muskovit. Isto tako, značajno je da je vezivanje pojedinih vrsta minerala u polimineralne agregate, tj. stene, takodje zakonito. Vezuju se minerali koji su nastali u približno istim termodinamičkim uslovima, a ne oni koji su nastali u bitno drugačijim uslovima. U tom

16

pogledu npr. nemoguće je naći u prirodi magmatsku stenu koju kao bitni minerali izgradjuju muskovit i olivin.

U početnim fazama kristalizacije minerala magme su uglavnom suve, sa relativno malom količinom para i gasova. Kako sve veća količina iskristalisava - prelazi u očvrslo stanje, tako se povećava udeo lakoisparljivih komponenti u magami (10-90%). Te uslove prati i nastanak novih mineralnih vrsta, tj. obrazovanje pneumatolitskih minerala. Nadalje, temperatura zaostalog neiskristalisalog dela i dalje opada. U uslovima kada je ona ispod kritične temeperature vode, tada se zaostali lakoisparljivi sastojci kondenzuju i obrazuju se hidrotermalni rastvori. Iz tih rastvora nastaju hidrotermalni minerali. Zaostali rastvor se dalje hladi i iz ohladjenog dela nastaju hidratogeni minerali.

Minerali koji nastaju od ostataka organizama nazivaju se biogeni minerali. Minerali koji nastaju procesima koagulacije iz koloidnih rastvora su koloidni.

3.3. Unutrašnja gradnja minerala i njihov spoljašnji oblik

Unutrašnja gradja minerala je veoma složena, što je uslovilo da se dosta kasno ona precizno definiše. Tek pri kraju XVIII veka došlo se do saznanja da nedeljive čestice koje izgradjuju svaki mineral imaju tačno odredjene položaje unutar kirstalne rešetke. Kasnije, ova je ideja razradjivana od strane mnogih istraživača da bi 1912. g Laue pomoću rendgenskih zraka definitivno utvrdio da je materija u kristalima rasporedjena po tipu trodimenzionalnih rešetki. U strukturi kristalnih rešetki osnovni elementi su atomi ili joni koji su medjusobno udaljeni po principu minimalne potencijalne energije. Metodama strukturne analize pokazano je da atomi u kristalnoj rešetki nisu neutralni, već su pozitivno ili negativno naelektrisani. Silama privlačnosti suprotno naelektrisane čestice održavaju se na tačno odredjenim rastojanjima, što je uslovljeno jonskim ili atomskim radijusima koji su po pravilu različiti čak i kod minerala istog hemijskog sastava (grafit, dijamant).

Prema tome kakva je unutrašnja gradja minerala, tj. raspored atoma i jona svi minerali su podeljeni na kristalne, kristalaste i amorfne. Kod kristala pravilan je unutrašnji raspored formnih elemenata i kao posledica toga pravilan je spoljašnji oblik. Kristalasti minerali imaju pravilnu unutrašnju gradju, kao i kristali, ali im je nepravilan spoljašnji oblik. Amorfni minerali nemaju pravilnu unutrašnju gradju niti pravilan spoljašnji oblik (Sl. 3.2.).

Sl. 3.2. Oblici minerala: kristali (a); amorfni (b); kristalasti (c)

17

Kristali (od grč. reči krystallos = led) su pravilni poliedarski oblici minerala. Imaju osnovne i izvedene elemente. Pod osnovnim elementima podrazumevaju se ivice, rogljevi i pljosni. Pljosni su spoljašnje ravni kristala. Linije po kojima se seku dve pljosni nazivaju se ivice, a rogljevi su tačke preseka tri ili više pljosni. Izvedeni elementi kristala su, pre svega, elementi simetrije koje čine ose simetrije, ravni i centri simetrije. Prema elementima simetrije postoji ukupno 230 mogućih kombinacija. Svi kristalni oblici mogu se svrstati u sedam kristalografskih sistema (Sl. 3.3.) i to: teseralnu, tetragonalnu, rombičnu, monokliničnu, romboedarsku, heksagonalnu i trikliničnu.

Podela na navedenih sedam sistema izvedena je prema elementima simetrije, položaju pljosni u odnosu na zamišljene ose, kao i uglovima izmedju osa. Tako npr. kristalni oblici teseralne sisteme, kod koje je osnovni oblik kristala kocka - heksaedar, imaju tri zamišljene ose simentije, medjusobno upravne. Odsečci koje čine pljosni u odnosu na te tri ose iste su dužine. Izvedeni oblici se dobijaju zarubljivanjem heksaedra u predelu rogljeva ili ivica.

Da bi se razvili pravilni spoljašnji oblici kristala, potrebno je da su zadovoljeni odredjeni termodinamički uslovi pri njihovom nastajanju. Pre svega potrebno je da se proces kristalizacije odvija dovoljno sporo. Rastojanja izmedju centara, oko kojih se kristali razvijaju, treba da su dovoljno udaljena tako da kristali ne smetaju jedni drugima. Naravno da su ovakvi uslovi u prirodi znatno redji od uslova u kojima se minerali razvijaju u vidu kristalastih zrna. Značaj poznavanja unutrašnje gradje minerala u stenama je u tome što gradja ukazuje na uslove nastanka minerala, time i stena koje izgradjuju odredjeni minerali i procese koji su se u mineralima i stenama odvijali postgenetski.

Petrogeni minerali se u stenama pojavljuju, najčešće, u vidu kristalastih zrna. Za njih je karakteristično da imaju pravilnu unutrašnju gradju, kao i kristali, a da imaju nepravilan spoljašnji oblik. Takva pojava minerala - kristalastih agregata (agregat = od lat. Aggregare = nagomilati) objašnjava se nedostatkom slobodnog prostora za razviće kristala, odnosno istovremenim razvitkom velikog broja mineralnih individua. U ovim slučajevima minerali se najčešće pojavljuju u stenama u vidu kristalastih zrna, prutićastih, vlaknastih, igličastih, listastih ili drugih oblika.

Treći vid pojavljivanja su amorfni minerali. Nepravilna im je unutrašnja gradja, a takodje i spoljašnji oblik. Najčešće se u prirodi susreću u vidu kuglastih, grozdastih, bubrežastih ili nepravilnih Zemljia stih masa. Oni su izrazito izotropna tela. Kohezija, brzina prostiranja svetlosti, provodjenje toplote i neka druga svojstva su kod njih jednaka u svim smerovima.

Amorfni minerali mogu nastati na različite načine. Jedan način je vezan za magmu kada iz bilo kog, od više mogućih, razloga magma može dospeti na površinu terena, ili blizu njene površine, kada se kristalizacija odvija veoma brzo. Tada nema vremena da se izvrši uredjenje atoma, jona i molekula po tipu trodimenzionalne kristalne rešetke, već magma ili lava očvrsne u različitim formama vulkanskih stakala. Drugi način nastanka amorfnih minerala je iz koloidnih smeša koje se od molekularnih razlikuju po veličini, tj. ne prolaze kroz membranu. Iz vodenog rastvora koagulacijom prelaze iz sol stanja u gel modifikaciju, kada se susretnu dva različito naelektrisana sola. Jedno od važnih svojstava ove mineralne vrste je to da su izrazito nestabilni. To se ogleda u tome da teže vremenom da predju u stabilniju mineralnu modifikaciju sa pravilnim rasporedom atoma i jona.

18

Sl. 3.3. Kristalografske sisteme i osnovni oblici kristala u njima

19

3.4. Fizička svojstva minerala

Minerali su prirodna jedinjenja, po pravilu homogena i anizotropna, kod kojih su odredjenim metodološkim postupcima utvrdjena njihova najbitnija fizička i druga svojstva. Na bazi nekih karakterističnih svojstava pojedini minerali mogu se lako razlikovati jedni od drugih, a time i makroskopskim metodama brzo prepoznavati. Za razliku od tih, velika većina minerala se ne može lako prepoznati samo na bazi makroskopskog pregleda, već su potrebna detaljnija ispitivanja.

Minerali su veoma važna sirovina u industriji gradjevinskog materijala, hemijskoj industriji, poljoprivredi i drugim granama.

Minerali su izgradjivači stena, pa zbog toga njihova fizičko-mehanička svojstva bitno utiču na pojedina svojstva stena i terena u celini. Naravno, nekada i drugi uticajni činioci, npr. ispucalost stenske mase, mogu značajno sniziti karakteristike pojedinih svojstava, bez obzira na mineralni sastav predmetne stene.

Najvažnija fizička svojstva minerala su: tvrdoća, cepljivost, specifična težina, sjajnost, ogreb, providnost, magnetičnost, elektroprovodljivost, provodljivost toplote i dr.

Tvrdoća je otpor koji minerali, koji su u čvrstom agregatnom stanju, pružaju pri paranju njihovih površina nekim tvrdim predmetom. Zavisi od rasporeda jona i atoma u kristalnoj rešetki. Kada je struktura gušća, atomi i joni su na medjusobno kraćim rastojanjima, tada je tvrdoća veća i obrnuto. Karakteristični primer tome su minerali dijamant, koji je izrazito tvrd i mineral grafit koji je izrazito mek. Oba minerala su po hemijskom sastavu čist ugljenik, sa različitim rasporedom atoma i jona u trodimenzionalnoj kristalnoj rešetki (Sl. 3.4.).

Sl. 3.4. Struktura dijamanta i grafita

Tvrdoće minerala se mogu medjusobno uporedjivati, a takodje tvrdoće nepoznatih minerala u odnosu na tvrdoće poznatih. U tom cilju je Mohs 1820. g. predložio opisnu skalu koja se sastoji od deset minerala. Po toj skali najmekši mineral je talk, najtvrdji

20

dijamant. Svaki naredni mineral u skali para sve prethodne. Izrazito su tvrdi minerali topaz, korund i dijamant, koji pripadaju grupi dragog kamenja. Sa praktičnog stanovišta bitno je to da je npr. stena izgradjena samo od kvarca (kvarcit) veoma čvrsta, tvrda, otporna stena, dok je stena koja je izgradjena od znatno mekšeg kalcita (krečnjak) značajno mekša od prethodnog. U nekim slučajevima je bolje kada su meki minerali i stene (npr. za iskopavanje). U drugim sluačjevima, npr. kada je potrebno imati abrazivni materijal, potrebno je imati isključivo tvrdi mineral, tj. korund.

Mohsova skala tvrdoća je kvalitativna i na osnovu nje se ne može kvantitativno izraziti čvrstoća minerala. Da bi se taj nedostatak otklonio, predloženo je da se tvrdoća korunda označi sa 1000. U odnosu na njega odredjene su i tvrdoće ostalih minerala (tablica br. 3.1.).

Tablica br. 3.1. Mohsova skala tvrdoće mineralaNaziv minerala Mohsova tvrdoća Opis Relativna tvrdoća

u odnosu na korundTalk 1 Lako se

para noktom 0,04

Gips 2 Para se noktom 1,25Kalcit 3 Para ga

liveno gvoždje4,5

Fluorit 4 Para ga običan čelik

5,0

Apatit 5 Para ga čelik 6,5Ortoklas 6 Slabo para staklo 37Kvarc 7 Lako para staklo 120Topaz 8 Slabo seče staklo 175Korund 9 Para ga dijamant 1 000Dijamant 10 Seče staklo 140 000

Cepljivost minerala je svojstvo da se pod dejstvom sile usitnjavaju - cepaju paralelno kristalnim pljosnima. Neki minerali su cepljivi (halit, kalcit, pirokseni i dr.), a neki su bez cepljivosti (kvarc, opal i dr). Iz definicije cepljivosti, lako je zaključiti da su svi amorfni minerali bez cepljivosti kao i pojedini kristalno-kristalasti minerali. I kod tih minerala, pri prekoračenju granične tvrdoće - čvrstoće, dolazi do razaranja čvrste mineralne materije po odredjenim površinama, ali se to ne naziva cepljivošću već prelomom. Površine preloma mogu biti: ravne, zatalasane, glatke, hrapave, iveraste, školjkaste, fibrozne i Zemljia ste.

Ravni cepljivosti, po pravilu, paralelne su nekoj kristalnoj pljosni (Sl. 3.5.). Prema strukturi one su ujedno i ravni u kojima su najgušće složeni atomi, joni i molekuli koji izgradjuju mineral. Zbog toga se npr. grafit savršeno cepa po bazi. Rastojanja izmedju atoma ugljenika u ravni te baze su 1,45 angstrema, a izmedju tih ravni su 3,41 A0.

Cepljivost može biti savršena, jasna ili potpuna, nesavršena ili nepotpuna i rdjava ili slabo izražena. U zavisnosti od oblika kristala i pljosni po kojima je mineral cepljiv, takodje se razlikuje više vrsta cepljivosti: bazna, po pljosnima prizme, po pljosnima heksaedra, po pljosnima romboedra, pinakoidalna i dr. Cepljivost ukazuje na izrazitu anizotropiju minerala u pogledu pojedinih karakterističnih svojstava.

21

Sl. 3.5. Cepljivost minerala (a) i bližnjenje kristalnih oblika (b)

Pri delovanju naprezanja na minerale moguća su tri slučaja. Prvi je da je mineral izložen delovanju sile relativno malog intenziteta, da se deformiše do izvesnog iznosa i da se po prestanku dejstva sile vraća u prvobitni položaj. Za takve deformacije važi Hukov

zakon ( eeE ε⋅=σ ), tj. radi se o elastičnim deformacijama. Pri dejstvu sile većeg

intenziteta najčešće, pored elastičnog dela, postoji i plastična deformacija, a po prekoračenju čvrstoće nastupa lom. Osnovni oblici deformacija čvrstih tela su linearno sabijanje, istezanje i smicanje.

Tipični elastični minerali su listasti oblici liskuna muskovita. Tanke liske su potpuno savitljive i po prestanku njihovog savijanja vraćaju se u prvobitni oblik. Slično muskovitu savitljivi su i hloriti, ali ako se pokušaju po savijanju vratiti u prvobitni položaj, tada će se slomiti. Za razliku od njih ogromna većina drugih mineralnih vrsta su krti minerali. Oni se pri savijanju vrlo brzo lome, a ponekad i potpuno stroše.

Specifična težina minerala je težina mineralne materije jedinične zapremine pri normalnom pritisku i temperaturi 277 K (4 0C). U gradji litosfere sa 98,5% učestvuje samo 8 elemenata (tablica br. 3.2.). Na osnovu specifične težine elemenata koji najviše učestvuju u gradji petrogenih minerala može se lako zaključiti da je najveći broj mineralnih vrsta specifične težine od 24 - 35 kN/m3. Minerali iz grupe karbonata, silikati aluminijuma i alkalija najčešće imaju specifičnu težinu manju od 30 kN/m3, a minerali sa magnezijumom i gvoždjem veću od 30 kN/m3. Pored toga što na težinu utiču elementi koji grade mineral, takodje i sama gustina atoma i jona utiče na težinu. Minerali gušće strukture su teži i obrnuto, što dobro ilustruje dijamant čija je težina 35,1 kN/m3, dok je težina grafita 22 kN/m3. Oba su čist ugljenik, različite strukture.

Tablica 3.2. Težina i zastupljenost osnovnih elemenata u gradji Zemljine koreElemenat Specifična težina

(kN/m3 )% Elemenat Specifična težina

(kN/m3 )%

O 13,4 42,7 Ca 16 3,6Si 24 27,6 Na 9,7 2,64Al 27 8,8 K 8,7 2,6Fe 79 5,1 Mg 17,4 2,1

22

Metalični minerali - rude, naročito minerali gvoždja, znatno su teži od velike većine petrogenih minerala (npr. pirit ima težinu 50 kN/m3). Po pravilu veće su težine kristalni oblici jednog te istog minerala nego njegovi amorfni predstavnici. Jedini izuzetak je kristalni oblik minerala vode - led, koji je lakši nego njegov tečni agregat.

Boja minerala može poticati od hemijskog sastava - idiohromatski obojeni i od primesa - alohromatski obojeni minerali. Kakvu će boju imati mineral zavisi od talasnih dužina koje supstancija apsorbuje pri prolasku ili reflektovanju svetlosti. Zato se može govoriti o boji minerala u propuštenoj ili reflektovanoj svetlosti. Minerali koji apsorbuju svetlost celokupnog spektra talasnih dužina su bezbojni. Nasuprot njima, oni koji apsorbuju jedan deo talasnih dužina imaju boju propuštene ili reflektovane svetlosti.

U prirodi se nalaze minerali najraznovrsnijih boja i nijansi. Nekada su njihove boje veoma privlačne i čine ih veoma dragocenim. Pojedini su jednobojni (malahit je uvek zelen, azurit - plav). Velika većina mineralnih vrsta nalazi se u različitim bojama, ili nijansama jedne te iste boje. Tome najviše doprinose uklopci i primese neke druge mineralne materije, a ne osnovni sastav. Tako npr. mineral kvarc je idiohromatski bezbojan - gorski kristal. Medjutim, znatno češće u kvarcu ima smeša, alohromatski je obojen, pa je čak zadobio i nove nazive (čadjavac - tamnomrki kvarc, morion-potpuno crn kvarc, ametist - ljubičasto obojen kvarc, citrin - žuti kvarc koji je ujedno i njegova najredja vrsta). Količina strane materije, koja daje boju mineralu, često je tako mala da se jedva može odrediti.

Boja petrogenih minerala je od najvećeg značaja kod ukrasnog kamena za potrebe graditeljstva. Pored toga, a zajedno sa sjajnošću, lako je zaključiti da li se radi o svežim mineralima, ili onima koji su zahvaćeni procesima prirodnog raspadanja, što je takodje od značaja pri izboru kamena kao gradjevinskog materijala. Prvi i osnovni znak da je odredjena mineralna vrsta, odnosno stena, zahvaćena procesima raspadanja je gubljenje sjajnosti minerala i promena boje.

Sjajnost minerala zavisi od količine reflektovanih zraka i od veličine indeksa loma. Ako je jako reflektovanje i veliki indeks loma, tada imaju dijamantsku sjajnost (dijamant, sfalerit). Pored te sjajnosti kod nekih minerala je izražena staklasta (kvarc, feldspat). Vlaknasti minerali (azbest) imaju svilastu sjajnost. Listasti minerali (muskovit) imaju tipičnu sedefastu sjajnost, što je prouzrokovano interferencijom i totalnom refleksijom svetla od tankih listića. Metalični minerali imaju metalnu sjajnost. Po intenzitetu odbijenog svetla razlikuju se sledeće sjajnosti: blistava, sjajna i svetlucava.

Elektroprovodljivost je svojstvo minerala da provode struju, odnosno da pri prolasku struje kroz njih pružaju odredjeni specifični električni otpor. Taj otpor je recipročna vrednost elektroprovodljivosti i izražava se u omm (om metara). Sadržaj Fe komponente u mineralima (pirit, halkopirit, magnetit, limonit i dr.) povećava elektroprovodljivost. Slično je i sa mineralima koji su sa povećanim sadržajem vode, kakav je slučaj kod glina sa vodom oko glinenih čestica, a što utiče na relativno dobro provodjenje električne struje. Većina petrogenih minerala (kvarc, feldspati, liskuni, kalcit i dr.) loši su provodnici struje (Tablica br.3.3.). Neki medju njima su odlični izolatori, pa su kao takvi našli odgovarajuću primenu. Tablica 3.3. Specifični električni otpor minerala, prema J. Jakosky-u

Anhidrit 103-105 omm

Halit 30 - 105 omm

Glina 1,5 x 10-4 - 35 omm

Kvarc 105 omm

Halkopirit 5 - 1,5 x 103 omm

Liskuni 9 x 102 - 9 x 105

Kalcit 105 omm

Magnetit 6 x 10-1-50 omm

23

ommElektroprovodljivost je jedno od karakterističnih svojstava minerala po kome su

oni izrazito anizotropna tela. To najvećim delom zavisi od rasporeda atoma i jona u trodimenzionalnoj kristalnoj rešetki. Baš zbog toga minerali istog hemijskog sastava, kakvi su dijamant i grafit, a različitih strukturnih svojstava, imaju različite provodljivosti struje. Specifični električni otpor kod dijamanta je 1 x 10-6 omm i predstavlja odličan izolator. Za razliku od njega grafit je odličan provodnik, kao takav je našao veliku primenu, sa specifičnim električnim otporom 8 x 10 do 6 x 10 omm.

Značaj poznavanja elektroprovodljivosti minerala i stena uopšte je veliki, kako u elektroindustriji, isto tako i u geotehnici odnosno u geofizici. Na bazi elektroprovodljivosti stenskih masa razvijena je jedna relativno velika grupa metoda geofizičkih ispitivanja terena koje su široko prihvaćene u geotehnici, koje se, po pravilu, primenjuju u kombinaciji sa drugim metodološkim postupcima ispitivanja.

Pri prolasku toplote kroz minerale oni se različito ponašaju. Pojedini u potpunosti absorbuju toplotne zrake, zagrevaju se. To su atermni minerali, npr. magnetit i hematit. Neki propuštaju termičke zrake, npr. halit i oni se nazivaju dijatermni minerali. Opšte posmatrano, poznata su tri osnovna načina prenošenja toplote i to: provodjenje ili kondukcija, prenošenje ili konvekcija i zračenje ili radijacija. Provodjenje toplote odvija se kroz mineralnu materiju i u tom pogledu neki minerali su dobri provodnici toplote, dok su drugi loši. Makroskopski posmatrano bolji provodnici toplote se u ljudskoj ruci osećaju hladnijim. Najbolji provodnici toplote su srebro i bakar. Prenos toplote konvekcijom vrši se kretanjem vode ili gasova iz jednog područja u drugo i uz uslov da su u tim područjima različite temperature. Prenos toplote zračenjem vrši se kada minerali - tela nisu u kontaktu, kretanjem elektromagnetnih talasa (fonova) u prostoru izmedju tih tela. Pri povećanju temperature minerali se različito ponašaju. Kristali i kristalasti minerali pokazuju izrazito anizotropna svojstva. Pri tome su uvek veće vrednosti koeficijenta termičkog širenja minerala u pravcu dužih odsečaka na kristalografskim osama. Manji broj minerala pokazuje izotropna svojstva u pogledu termičkog širenja. U ovoj grupi su minerali koji kristališu teseralno i svi amorfni minerali.

Pojedini minerali mogu se lako makroskopskim metodama odrediti po svojim karakterističnim fizičkim osobinama. Tako npr. lako je prepoznati mineral halit (NaCl), bez obzira na raznorazne boje u kojima se u prirodi nalazi i to po karakterističnom slanom ukusu.

Lako je identifikovati gline, koje pokazuju, pri zadahu, karakterističan miris glina. Kada su gline suve, veoma je izraženo njihovo svojstvo da upijaju vodu - higroskopne su. Prirodno vlažne lako se lepe za mokre prste i alat.

Jaka magnetičnost je izražena kod magnetita, slabije kod pirhotina i nekih drugih minerala.

Rude urana, torijuma i radijuma pokazuju svojstva radioaktivnosti.

3.5. Klasifikacija i prikaz petrogenih minerala

Petrogeni minerali učestvuju u gradji stena. Prema procentualnoj zastupljenosti, kao i njihovom uticaju na najbitnija svojstva stena, svi petrogeni minerali podeljeni su na bitne, sporedne i akcesorne.

Po boji minerala uobičajena je podela na femske i salske minerale. Prvu grupu čine minerali u čijem sastavu učestvuju Fe i Mg (gvoždjevito-magnezijski minerali). Oni su

24

uvek različitih nijansi crne ili zelene boje. Drugu grupu minerala čine oni u čijem sastavu obavezno učestvuje Si i Al. Minerali te grupe nalaze se u različitim bojama: beli, crveni, svetlosivi, bledoružičasti do bezbojni.

Minerali se mogu klasifikovati prema fizičkim, strukturnim, morfološkim svojstvima, a takodje prema hemijskom sastavu. Najčešće upotrebljavano razvrstavanje minerala je, upravo, po njihovom hemizmu i u tom pogledu najvažniji petrogeni minerali su: silikati, oksidi, hidroksidi, karbonati, sulfati, sulfidi, fosfati, nitrati i dr.

Oksidi

Svi hemijski elementi, osim fluora i plemenitih gasova, sjedinjuju se s kiseonikom, neki lakše neki teže i takva jedinjenja nazivaju se oksidi. Kiseonik je uvek dvovalentan. U gradji Zemlje, do dubine 16 km, prema istraživačima Klarku i Vašingtonu, učestvuje sa 46.6%. Takodje, izrazito veliko je njegovo učešće u gradji kako mineralnih vrsta, tako vode i vazduha. On se veoma lako spaja sa drugim elementima i to spajanje se u hemiji naziva gorenje ili oksidacija (npr. rdjanje gvoždja, prevodjenje jednih mineralnih vrsta u druge). Lavoazje (Lavoisier 1743-1794) je kiseonik nazvao oxygenium zato što mnogi kiseonikovi spojevi-oksidi , kad dodju u vodu, stvaraju sa njom kiseline.

Najvažnije mineralne vrste oksida, njihov hemijski sastav, tvrdoće i specifične težine su date u tablici br.3.4. Oksidi kao i svi drugi petrogeni minerali, u čvrstom su agregatnom stanju, izuzev vode, koja je u više agregatnih stanja. Grupu čine i metalični minerali. Razlog zašto se oni navode, a ne navode se mnogobrojni drugi metalični minerali čiji je značaj u ekonomskoj geologiji veliki, u tome je što su te mineralne vrste često zastupljene u stenama i to u vidu sitnih uprskanih zrna. Oni su štetni u stenama, jer se magnetit relativno brzo prevodi u stabilniju mineralnu modifikaciju hematit, a hematit takodje u sekundarni mineral limonit, koji je štetan u stenama.

Tablica br. 3.4.: Minerali grupe oksidaNaziv Hemijski

sastavTvrdoća Spec. težina

(kN/m3)Kristalografska sistema

Voda H2O 1,5 9,175 HeksagonalnaKvarc SiO2 7 26,6Magnetit Fe3O4 5,6-6,5 52 TeseralnaHematit Fe2O3 5,5-6,5 48-53 HeksagonalnaKorund Al2O3 9 39-41 Heksagonalna

Voda, zajedno sa vazduhom i mineralima, izgradjuje svet. Učestvuje u gradji Zemlje tako što ulazi u sastav pojedinih mineralnih vrsta. Pored toga ona često zapunjava pore i pukotine koje su na različite načine nastale u Zemljinoj kori. Najveće količine vode nalaze se u tečnom stanju, u manjoj količini je u gasovitom i čvrstom stanju. Osim toga voda izgradjuje sve površinske vode (potoke, reke, jezera, mora, okeane, lednike u područjima sa hladnom klimom). U gasovitom stanju najzastupljenija je u atmosferi.

Prema nekim procenama voda učestvuje u gradji Zemlje sa oko 1%. Do dubine 16 km, po istraživaču Vernadskom, vode ima više od 250 x 106 km3 . Procenjuje se da je zapremina leda oko 20 x 106 km3 .

25

Po hemijskom sastavu voda je H2O. Težinski posmatrano vodonik učestvuje u gradji vode sa 11,11%, a kiseonik sa 88,89%. Pri pritisku od 10 kN/m2 tačka topljenja leda je na 00 C.

Led kristališe heksagonalno. U tankim pločama je providan, a u debljim naslagama plavičasto-zelene boje.

Voda je toliko značajna mineralna sirovina da se bez nje jednostavno ne bi mogao zamisliti život. Sa stanovišta inženjerske geologije ovde su nabrojani samo neki veoma značajni aspekti uticaja vode:

• mehaničko delovanje površinskih i podzemnih voda, leda i lednika, • hemijsko delovanje vode, • aktivnost endogenih i egzogenih geoloških procesa, • naponska stanja izazvana dejstvom vode, • uslovi rada u terenu kao radnoj sredini. Pored svega toga voda je veoma značajna i kao mineralna sirovina.

Kvarc je silicijum dioksid koji u gradji stena učestvuje u vidu više sličnih mineralnih vrsta (tridimit, kristobalit, kalcedon, jaspis). Koja od navedenih vrsta će nastati pri kristalizaciji mineralne materije, pre svega, zavisi od temperature i pritisaka (Sl.3.6.).

Sl.3.6. Varijeteti SIO2 minerala i njihov nastanaka u zavisnosti od termodinamičkh uslova.

Po karakteristikama najvažnijih fizičko-mehaničkih svojstava sve navedene mineralne vrste su, u praktičnom smislu, skoro podudarne. Zbog toga se nadalje daje samo opis kvarca. Najčešće u sebi ima uključene gasne, tečne ili čvrste inkluzije. One mu daju različite boje i za svaku takvu vrstu, u praksi su odomaćeni specifični nazivi. Bezbojan, bez inkluzija, se naziva gorski kristal; žuti-citrin je najredja vrsta; ljubičast-ametist; crn-morion; mlećno beli-belutak. Kvarc se često nalazi u prirodi u obliku kristala (Sl.3.7.), za razliku od mnogih drugih mineralnih vrsta kod kojih su kristalni oblici retki. Kristali kvarca su u obliku romboedara koji pokazuju da se radi o niskotemperaturnom kvarcu, ili heksagonalnih prizmi koje se često završavaju bipiramidama (piramide na oba kraja prizmi)

26

koje sigurno pokazuju da se radi o visokotemperaturnom kvarcu čiji je nastanak vezan za nastanak vulkanskih stena.

I pored čestih pojava u obliku kristala, ipak su neuporedivo najveće količine kvarca u obliku kristalastih zrna. Retko su ta zrna makroskopski vidljiva. Najčešće se radi o veličini zrna koja se mogu razlikovati nekim od instrumenata za uvećanje, npr. Mikro-skopom. Kvarc je mineral koji nastaje u svim geološkim sredinama izuzev u ultrabazičnim. To znači da se nalazi kao bitan sastojak magmatskih, sedimentnih i metamorfnih stena. Količinski posmatrano, on je u nekim stenama zastupljen u velikoj količini, a u nekima ga ima toliko malo da te stene svrstavamo u bezkvarcne (npr. sijenit ima do 5% kvarca).Kvarc je tvrd mineral. To znači da je za rad u stenama koje on izgradjuje, koje su masivne i sa čvrstom silicijskom vezom medju njima, potrebno imati specijalne alate (npr. bušenje se mora izvoditi upotrebom dija-mantskih kruna). Pri dejstvu statičkog opte - rećenja na kvarcna

zrna, ili kvarcne stene, kvarc je otporan. Za razliku od toga pri delovanju dinamičke sile

kvarc se ponaša kao krt materijal tj. brzo puca. Nastanak kvarca je vezan za širok dijapazon termodinamičkih uslova. To

uslovljava da on može da nastane, kako se uobičajeno kaže, na sve poznate načine: magmatski, pegmatitski, hidrotermalno, metamorfno, sedimentno. SIO2 je jedna od najstabilnijih mineralnih modifikacija u stenama. To znači da se pri promeni termodinamičkih uslova vrši njegovo prevodjenje iz jedne u drugu mineralnu modifikaciju, ali bez promene hemijskog sastava. Zbog toga se kvarc ubraja u malobrojnu grupu minerala koji se praktično ne raspadaju, ne rastvara se u vodi, a jedino ga rastvara fluorovodonična kiselina.

Magnetit i hematit su rude gvoždja. Osim u rudnim ležištima, u stenama je rasprostranjeno njihovo nalaženje u vidu uprskanih, medjusobno odvojenih zrna. Spadaju u grupu akcesornih minerala u stenama. Nepovoljni su zbog relativno brzog raspadanja i štetnog dejstva na stene u kojima se nalaze. Kada se govori o tom dejstvu prevashodno se misli na kvarenje estetskih vrednosti kamena.

Magnetit se često nalazi u vidu teseralnih oktaedara i rombdodekaedara, a takodje u vidu zrna. Neprovidan je, crne boje i ogreba. Prirodno je magnetičan. Neki oblici privlače samo jedan magnetni pol, a drugi oba. Po tome što je relativno težak u odnosu na većinu drugih petrogenih minerala, lako ga je razlikovati makroskopski. Nastaje kao primarno magmatogeni mineral. Pored toga nastaje i pri kontaktnom i regionalnom metamorfizmu drugih stena.

Hematit se nalazi u prirodi u vidu pločastih, listastih, iverastih i kompaktno Zemljia stih masa. U kristalnom obliku su lepi i relativno pravilno razvijeni romboedarski

27

Sl.3.7. Kristali kvarca

oblici. Takve pojave su retke. Zato se hematit razvija najviše u obliku kristalastih zrna u masama koje su različitih nijansi mrkocrvene boje. Uvek je crvenkastog ogreba. Nastaje magmatski, regionalno i kontaktno metamorfno. Hematit je jedna od najvažnijih ruda gvoždja. Na nekim mestima, kao npr. na Uralu, ležišta hematita su izrazito velika. Pri raspadanju lako prelazi u limonit koji se u gradjevinskom kamenu ocenjuje kao štetan i nepovoljan.

Korund je aluminijumov oksid, često sa primesama Cr, Ti i Fe (feri gvoždja). Najčešće, upravo, zbog prisustva navedenih primesa obojen je različitim bojama koje ga svrstavaju u cenjeno drago kamenje. Kada su lepih crvenih boja nazivaju se rubini, plavi su safiri, bezbojni leukosafiri, a zeleni smaragdi.

Korund nema cepljivosti. Prelom mu je neravan. Zbog svoje tvrdoće našao je primenu kao abrazivni materijal.

Nastaje magmatogeno, pri regionalnom i kontaktnom metamorfizmu stena.

Hidroksidi

Hidroksidi su prirodna jedinjenja u čijoj gradji učestvuje vezana zeolitna voda u molekularnom obliku H2O, ali sa neodredjenim brojem molekula. Najvažniji, kao petrogeni minerali, su hidroksidi gvoždja, aluminijuma i silicijuma (tablica br.3.5.).

Tablica br.3.5.: Mienerali grupe hidroksida

Naziv Hemijskisastav

TvrdoćaSpecifična

težina (kN/m3)

Oblici minerala Napomena

Limonit Fe2O3 H2O 2-5 35-40Amorfni

Koloidni mineral

Boksit Al2O3 2,5-6,5 23-35Opal Si2O3 5,5-6,5 22

Limonit je ruda gvoždja koji nastaje: raspadanjem velikog broja minerala gvoždja (hematita, magnetita, siderita, pirita); iz vodenih rastvora. Tipičan je amorfni mineral, što je u direktnoj vezi sa njegovim nastankom. Nalazi se u prirodi u bubrežastim, grozdastim, Zemljia stim, sigastim i drugim nepravilnim oblicima. Ponekad se limonit nalazi u vidu skrama, ili Zemljia stih nakupina karakteristične limonitski žute boje-oker. Oker često služi kao materijal za dobijanje žute boje.

Limonit je polumetaličan mineral. Važan je kao ruda (npr. u rudniku Ljubija) sa manjim sadržajem gvoždja u odnosu na hematit. U gradjevinskom materijalu, kamenu ili agregatu za beton, je štetan i nepovoljan.

Boksit je ruda aluminijuma, koju čini više mineralnih vrsta: dijaspor; bemit; hidrargilit i sporogelit. Svi oni su hidroksidi aluminijuma. Naročito u karbonatnim stenama boksiti su često zastupljeni kao sporedni minerali koji nastaju u površinskoj zoni terena tj. u kori raspadanja i ukazuju na procese površinskih izmena karbonatnih stena. Upravo zbog toga se i navode u petrogenim mineralima.

Minerali iz grupe boksita su specifične težine od 2,3 (hidrargilit) do 3,5 kN/m3

(dijaspor i bemit). Tvrdoća im takodje varira, od 1 (sporogelit) do 7 (dijaspor i bemit).

28

Opal je amorfna mineralna supstanca SiO2 sa 3-20% vode. Specifične je težine 19-25kN/m3, a tvrdoće po Mosu 5,5-6,5. U prirodi se nalazi u svim oblicima koji su karakteristični za amorfne minerale. Može biti bezbojan, ali najčešće u različitim nijansama

crvene, plave, zelene i drugih za oči privlačnih boja. Zbog toga se opal često koristi za dekorativne svrhe i ubraja u poludrago kamenje.

Nastaje hidrotermalnim izmenama ultrabazičnih stena tj. alteracijama serpentina

Karbonati

Karbonati su soli ugljene kiseline (H2CO3). Grupu karbonata čini relativno dosta minerala sa Ca, Mg, Fe, Mn, Zn. Oni se mogu lako zamenjivati i činiti odgovarajuće izomorfne smeše. Po tome se često nazivaju članovima izomorfne grupe minerala kalcita. Imaju slične kristalografske oblike, genezu, slična fizička i hemijska svojstva. Svi, izuzev aragonita, npr. imaju romboedarsku cepljivost, veliki negativni dvolom svetlosti itd. U pogledu geneze, važno je da su oni tipični hidratogeni minerali, koji nastaju iz hladnih voda. U vodi je rastvorena odgovarajuća mineralna materija npr. kod kalcita kalcijum bikarbonat koji pri prekoračenju zasićenja, iz bilo kojih od više mogućih razloga, biva preveden u CaCO3. Zatim, je moguć nastavak procesa, tj. rastvaranje kalcita u vodenoj sredini, ili usled atmosferilija. Najvažniji petrogeni minerali iz grupe karbonata su prikazani u tablici br.3.6.

Tablica br.3.6.: Mienerali grupe karbonataNaziv Hemijski

sastavTvrdoća Spe.težina

(kN/m3)Kristalografska sistema

Kalcit CaCO3 3 27,2 RomboedarskaMagnezit MgCO3 4-4,5 29-31 RomboedarskaDolomit CaCO3

MgCO3

3,5-4 28,5-29,5 Romboedarska

Aragonit CaCO3 3,5-4 29-30 Rombična

Kalcit se u prirodi relativno često nalazi u formi kristala koji se svrstavaju u romboedarsku kristalografsku sistemu. Takvi oblici se najčešće nalaze duž pojedinih pukotina, kaverni i drugih podzemnih šupljina. Ipak, daleko najveće količine kalcita se nalaze u karbonatnim stenama u vidu kristalastih zrna.

29

Sl. 3.8. Zonarno građeni opal

Teško se rastvara u običnoj vodi. U 1 litru vode rastvara se 13 mg kalcita. Medjutim, kada u vodi ima ugljen dioksida, a skoro uvek ga ima u manjim ili većim količinama, tada se kalcit lako prevodi u kalcijum bikarbonat.

CaCO3 +H2O + CO2 = Ca(HCO3)2

Kristali kalcita su bezbojni i providni kada je kalcit čist i nazivaju se islandskim kalcitom. Bistri kristali služe za dobijanje polarizovanog svetla u Nikolovim prizmama. Takvi kristali su optički anizotropni i kod njih se svetlo dva puta prelama. Jednom se to dešava pri ulasku svetlosti u kristal, a drugi put pri njenom izlasku iz kristala. Ipak, takvi kalciti su znatno redji, a češći su obojeni primesama i nalaze se u različitim bojama. Vrlo lepi kristali su bele i crvenkaste boje, a znatno redje se nalaze u nijansama braon boje. Boja sivo-crnih krečnjaka, u kojima je takodje kalcit dominantan mineral, uglavnom dolazi od prisustva organske materije.

Pored kalcita koji nastaju iz pravih jonskih rastvora, veoma velike naslage kalcita i stena od njih, nastale su biogenim putem. Takav način nastanaka je vezan za živi svet koji u vodenoj sredini koristi karbonatnu komponentu za svoj skelet i ljušture. Posle izumiranja organizama, ostaci padaju na dno vodene sredine, tu se talože i tako nastaju karbonatne naslage. Lako se rastvara u razblaženoj

hlorovodoničnoj kiselini (HCl) uz burno oslobadjanje CO2.Magnezit je najčešće veoma sitnozrn,

kriptokristalast, jedar, izrazito bele boje. Kristalni varijeteti su romboedri, providni su, ali se vrlo retko nalaze u prirodi. Prelomi su mu veoma karakteristično školjkasti.

Nastaje pri hidrotermalnim izmenama u ultrabazičnim stenama-peridotitima i serpentinisanim peridotitima. Procesi hidrotermalnih izmena su, po pravilu, praćeni formiranjem magnezita u obliku liski, žica, redje i debljih sočiva. Pošto su ultrabazične stene zeleno-crnih boja, a magneziti beli, lako je zaključiti da je to veoma upadljiva teksturna karakteristika stene i minerala koji je u njoj nastao. Pored navedenih ležišta žičnog tipa, poznata su i sedimentaciona ležišta magnezita. Ona su nastala na mestima gde se vršilo taloženje transportovane magnezitske supstancije.

Značaj magnezita u stenama je u tome da on ukazuje na odredjene procese koji su se dešavali u primarnim mineralima i stenama uopšte. Prevashodno se misli na to da je njegovo formiranje vezano za proces raspadanja primarnih mineralnih vrsta i obrazovanje sekundarnih.

Postojan je mineral u odnosu na atmosferilije. Ima veliki značaj kao sirovina u industriji, naročito za spravljanje vatrostalnih proizvoda, porculana i veštačkog kamena (ksilolita).

Dolomit je dvoguba so kalicjuma i magnezijuma. Kristalni oblici ovog minerala su u obliku romboedara. U stenama, masivnim ili slojevitim, najčešće je zastupljen u vidu kristalastih zrna. Često se u karbonatnim stenama smenjuju partije kalcita i dolomita, a što

30

SL. 3.9. Kristali kalcita

je pre svega uslovljeno mogućnostima mešanja kalcijske i magnezijske komponente. Kristalni oblici dolomita imaju cepljivost paralelnu pljosnima romboedra. I druga karakteristična fizičko-mehanička svojstva dolomita su praktično istovetna kalcitu. U makroskopskom pogledu moguće ga je od kalcita razlikovati po tome što su njegovi prelomi oštrijih ivica i što se intenzivno rastvara u hlorovodoničnoj kiselini kada je ona zagrejana, a ne hladna.

Aragonit je alotropska modifikacija CaCO3. To znači da mu je potpuno istovetan hemijski sastav kao kod kalcita, a razlikuje se od njega po oblicima u kojima kristališe. On je rombična modifikacija CaCO3. Relativno lako se razlikuje od kalcita po karakterističnim igličastim i prizmatično izduženim oblicima u kojima se pojavljuje, a koji su često zonarno i loptasto rasporedjeni. Nastaje iz toplih voda. Često je lepih boja i to nijansi žute, redje plave, crvene, crne i dr. boja, što stenu mermerni oniks, koju on izgradjuje, čini najkvalitetnijim ukrasnim gradjevinskim kamenom.

Sulfati

Sulfati su soli sumporne kiseline H2SO4. Grupu sulfata čini relativno veliki broj mineralnih vrsta od kojih su petrogeno najvažniji gips i anhidrit. Tablica br.3.7.: Mienerali grupe sulfata

Naziv Hemijski sastav

Tvrdoća Specifična težina (kN/m3)

Kristalografska sistema

Anhidrit CaSO4 3-4 28-30 RombičnaGips CaSO4 H2O 2 23 Monoklinična

Anhidrit kristališe rombično u obliku tabličastih kristala. Najčešće se nalazi u obliku sitnozrnih agregata. Različitih je boja: beo, siv, plavičast, a može biti i bezbojan. Pojavljuje se zajedno sa gipsom, halitom i drugim mineralnim vrstama. Nastaje sedimentaciono iz hemijskih rastvora, u manjim količinama hidrotermalno u vulkanskim oblastima. Anhidrit je nestabilna mineralna vrsta. Teži da primi u sebe vodu, da predje u stabilniju mineralnu modifikaciju tj. u gips. Taj proces je praćen povećanjem zapremine za oko 60% i povećanjem pritisaka do 1100 atm.

Gips se u prirodi nalazi u obliku kristala i zrnastih agregata. Kristalni oblici pripadaju monokliničnoj sistemi i razvijeni su u obliku monokliničnih, pločastih, prizmi. Česte su pojave udruživanja po dve kristalne individue i to tako da su zaokrenute za 1800

oko podužne ose. Tada takvo spajanje čini oblike slične lastinom repku, po čemu su druze zadobile naziv. Takvi oblici se nazivaju blizancima, što je opšti pojam u mineralogiji, a pojava srastanja mineralnih individua se naziva bližnjenjem. Zrnasti gips može biti izgradjen od zrna promenljive veličine. Kada su ona veoma sitnozrna tada se gips naziva alabasterom i služi u vajarstvu. Pored tih oblika nalazi se kao Zemljia st, praškast i listast.

Posle pečenja na temperaturi 1200-1300C prelazi u pečeni gips. Proces je praćen gubitkom 75% kristalne vode. Karakteristično je da takav gips može ponovo da primi vodu i da npr. iz praškastog oblika predje u očvrslu masu što je našlo veoma veliku praktičnu primenu kako u gradjevinasrstvu tako u medicini i drugim oblastima ljudske delatnosti. Nečist prirodni gips služi u poljoprivredi za djubrenje zemljišta. Ako se gips peče na višim

31

temperaturama npr. na 4000 C, tada ne može više u sebe da prima vodu i gubi svojstvo vezujućeg materijala.

Sl.3.10. Kristali gipsa: fotosnimak (a); shema udružena dva kristala (b)

Gips je primesama različito obojen. Može biti beo, siv, žut, ružičast redje je i bezbojan. Nastanak je vezan za sedimentacione procese iz hemijskih rastvora. Pored toga nastaje hidrotermalnim procesima i u kori raspadanja. Pri površinskom raspadanju stena, u kori raspadanja, pre svega u laporima i srodnim stenama koje sadrže CaCO3 minerale i sulfid-pirit, dolazi do hemijskih reakcija i formiranja gipsa. Tako npr. u kori raspadanja beogradskih lapora, na lokaciji narodnog pozorišta, pojave gipsa u glini su na dubini 15-20 m.

Gips je mineralna vrsta koja se vrlo lako raspada-rastvara u vodi. =

Sulfidi

Sulfidi su jedinjenja elemenata su sumporom. Grupu čine brojni minerali od kojih su svakako najvažniji rudni minerali Ag, Cu, Pb, Zn, Ni, Hg, As, Fe, Mo i dr. Od svih njih petrogeno je najvažniji pirit zato što je on veoma čest sporedni sastojak stena. U stenama se često nalazi u vidu haotično rasporedjenih pojedinačnih zrna, redje u vidu nagomilanja duž pojedinih mikroprslina i pukotina, a prisustvo u bilo kom od tih oblika se ocenjuje kao nepovoljno. Nepovoljno je zato što je pirit podložan relativno brzom raspadanju, a to je u hemijskom smislu praćeno nastajanjem gvoždjevog sulfata i sumporne kiseline. Sumporna kiselina, koja tako nastaje, nagriza sve vrste gradjevinskih materijala.

32

2FeS2 + 2H2O + 7O2 = 2FeSO4 + 2H2 SO4

12FeSO4 + 6H2 O + 3O2 = 4Fe2 (SO4)3 + 2Fe2O3 + 3H2O

Fe2(SO4)3 + 6H2 O = Fe2 O3 . 3H2O + 3H2SO4

Osim u obliku nepravilnih nagomilanja, ili zrna, često se u prirodi nalaze kristalni oblici pirita. Tada su to lepi heksaedri (kocke), oktaedri i dr. Karakteristične je zlatno-žute boje. Izrazito veliku zastupljenost ima u kombinaciji sa drugim mineralima iz grupe sulfida, oksida i drugim rudama. Nastaje hidrotermalno na svim temperaturama, redje sedimentno.

Haloidi

U grupi haloida značajni su minerali halit, silvin, fluorit i kriolit. Petrogeno je najvažniji mineral halit.

Halit NaCl kristališe teseralno u obliku heksaedara. Najveće količine halita (kamena so) su u obliku kristalastih zrna. Kada je čist tada je providan i prozračan. Najčešće se u halitu nalaze uklopci i primese različitih mineralnih materija pa je zbog toga različito obojen (beo, žut, ružičast, crn, plav i dr.). Kristali su u obliku kocki i imaju cepljivost paralelnu pljosnima kristala. Po tim ravnima od velike kocke, može se usitnjavanjem dobiti veliki broj malih. Kamena so se sjaji kao da je od stakla tj. ima staklastu sjajnost. Tvrdoća soli, po Mosovoj skali je 2, a specifična težina 21-22 kN/m3 .

Halit se nalazi: kao tipska sedimentna stena izmedju slojevitog lapora (laporca) npr. u Tušnju i Tetimi kod Tuzle; rastvoren je u morskoj vodi sa oko 3%; u slanim jezerima. Iz pravih hemijskih rastvora u morskoj vodi so će preći u čvrsto stanje kada se zato steknu odgovarajući uslovi tj. kada se prekorači granica rastvoljivosti NaCl u vodi. To se može ostvariti u lagunama usled povećanog isparavanja, a koje su odredjenim pregradama odvojene od ostalog dela mora. Slično se dogadja i u tzv. slaništima na obali mora u koja se upušta morska voda iz kojih isparavanjem zaostaje so. Pored toga do obaranja soli može doći zbog povećane koncentracija soli u vodi usled naknadnog prinošenja soli, zato što je u vodu dospela neka od supstancija koja pogoduje procesu kristalizacije, ili se mogu promeniti temperaturni uslovi.

Halit je veoma značajna mineralna materija za industrijske potrebe. Zbog svojih specifičnosti, koja je u brzom i lakom raspadanju-rastvaranju halita u vodi, eksploatacija soli iziskuje potrebne mere opreza. U slučaju nekontrolisane eksploatacije može doći do štetnih sleganja terena, oštećenja pa i rušenja brojnih objekata, kao što se desilo u centralnoj zoni grada Tuzle. U području izvozno-eksploatacionog okna u Tuzli, izlužena so je na dubini 270,30-288,80 m (IB-1), a drugi horizont soli koji nije izlužen, je na istoj bušotini na dubini 338,20-358,90 m. Geodetski izmerena sleganja površine terena, usled eksploatacije slanice u centralnom delu tog grada, iznosi više od 10m.

Silikati

33

Silikati su soli ortosilicijske (H4SiO4), metasilicijske (H2SiO3) ili polisilicijske kiseline. Najzastupljeniji su minerali u svim osnovnim vrstama stena: magmatskim, sedimentnim i metamorfnim. Prema istraživačima Klarku i Vašingtonu silikati učestvuju u gradji Zemlje sa preko 80%, a od površine terena do dubine 16 km učestvuju sa više od 95%. Izrazito velika zastupljenost silikata u gradji stena uslovljena je velikim i raznolikim mogućnostima povezivanja SIO4 tetraedara. Svaki taj zamišljeni tetaraedar, u čijem centru je Si a na rogljevima O atomi je četvorostruko negativno naelektrisan. Za kompenzaciju tih četiri negativno naelektrisane valence uključuje se veoma veliki broj elemenata (Mg, Fe, Ca, Na, K, Al i dr.) ili su ti tetraedri medjusobno povezani preko O atoma. Deo SiO4

tetraedara može biti zamenjen kod alumosilikata aluminijevim tetraedrima (AlO3). Prema vidovima povezivanja SiO4 tetraedara razlikuje se više grupa silikata i to: nezosilikati, sorosilikati, ciklosilikati, tektosilikati, filosilikati i inosilikati (Sl.3.11)

34

Sl.3.11. Podela silikata prema načinima povezivanja SiO4 tetraedara1) nezosilikati; 2) sorosilikati; 3) ciklosilikati; 4) tektosilikati; 5,6) inosilikati; 7,8) filosilikati

Kod nezosilikata SiO4 tetraedri su nezavisni jedan od drugog (nezos = ostrvo). Medjusobno su povezani pomoću katjona Mg, Fe, Al i dr. Takve veze su kod olivina, granata, epidota i dr. minerala.

Sorosilikati imaju vezu izmedju dva SiO4 tetraedra preko jednog O atoma. Sličnu vezu imaju i ciklosilikati, s tim što je kod njih cikličan raspored O i Si atoma tako da jednu celinu-prsten čini tri, četiri ili šest tetraedara.

35

Tektosilikati imaju takav vid povezivanja tetraedara da svaki atom kiseonika gradi dva susedna SiO4 tetraedra (npr. feldspati).

Filosilikati imaju SiO4 tetraedre rasporedjene u ravnima. To je i osnovni razlog zašto su minerali ove grupe tipični listasti minerali, sa cepljivošću koja je izražena upravo po tim ravnima. Takav vid povezivanja imaju talk liskuni, hloriti, gline i dr.

Inosilikati su minerali kod kojih su SiO4 tetraedri povezani kiseonikovim jonima u beskonačne nizove (pirokseni) i beskonačne trake (amfiboli). Navedeni vidovi povezivanja SiO4 tetraedara se ne mogu videti makroskopskim metodama ispitivanja, već isključivo najdetaljnijim mikroskopskim i rendgenskim ispitivanjima.

Feldspati

Feldspatima pripada veliki broj mineralnih vrsta. Učestvuju, kao bitni minerali, u gradji skoro svih vrsta stena. Procenjuje se da feldspati učestvuju u gradji litosfere sa oko 60%. U magmatskim stenama učestvuju sa oko 59%, u metamorfnim stenama sa oko 30% i sedimentnim stenama sa oko 11%. Učešće feldspata u gradji sedimentnih stena je mnogo veće ako se računa da su pojedine sedimentne stene najvećim svojim delom nastale raspadanjem primarnih feldspata., kao npr. gline.

Najvažniji minerali medju feldspatima su: ortoklas (tzv. or komponenta) K(AlSi3O8), albit (ab komponenta) Na(AlSi3O8) i anortit (an komponenta) Ca(Al2Si2O8). Feldspati se retko nalaze u vidu samo jedne mineralne vrste već su to mešanci. Upravo zato su oni brojni, jer su česte izomorfne smeše Na, K i Ca komponente tj. mineralnih vrsta feldspata u čijoj gradji učestvuju navedeni elementi. Naročito velike mogućnosti mešanja su izmedju ab i an komponente. Minerali tih izomorfnih smeša nazvani su zajedničkim imenom plagioklasi. Najvažniji mineralni predstavnici plagioklasa su prikazani u tablici br.3.8.

Tablica br.3.8.: Izomorfne smeše plagioklasa

Naziv minerala ab-albitske komponente (%)

an-anortitske komponente (%)

Albit 90-100 10-0Oligoklas 70-90 30-10Andezin 50-70 50-30Labrador 30-50 70-50Bitovnit 10-30 90-70Anortit 0-10 100-90

Feldspati su podeljeni na kisele (ortoklas, sanidin, mikroklin, albit i dr.), prelazne (oligoklas i andezin) i bazične (labrador, bitovnit i anortit). Makroskopskim metodama, za razliku od drugih detaljnijih metoda, je veoma otežano prepoznavanje navedenih vrsta feldspata. Nekada je to moguće na bazi karakterističnih boja, npr. kod labradora po plavičastoj boji-labradoriziranje, kod plagioklasa po karakterističnoj zonarnoj gradji koja je naročito izražena kod vulkanita, ili posredno na bazi karakterističnih vrsta magmatskih stena koje oni grade. Po pravilu u kiselim magmatskim stenama preovladjujuće su zastupljeni kiseli feldspati, kod prelaznih magmatskih stena po kiselosti

36

zastupljeni su preovladjujuće prelazni feldspati i kod bazičnih stena bazični feldspati. Mikroklin ima jasnu karakterističnu mrežastu strukturu (Sl.3.12.) koja se nekada i makroskopski vidi, a mirkoskopskim metodama pogotovu.

Iz razloga što su svi feldspati praktično istih vrednosti karakteristika najvažnijih fizičko-mehaničkih svojstava, takodje, istovetan im je genetski nastanak, to se ovde daju samo vrednosti za ortoklas. Kristališe monoklinično. U stenama se najčešće nalazi u vidu tabličastih ili nepravilnih zrna. Ima savršenu prizmatsku cepljivost u dva medjusobno upravna pravca, po čemu je i dobio naziv. Prelom mu je neravan. Nalazi se različito obojen. Najčešće je žućkasto-ružičaste, bele i crvene boje. Tvrdoća

po Mosovoj skali je 6 do 6,5. Specifična težina mu je 25,5 kN/m3 . Nastanak feldspata je vezan za magmatogene procese tj. za konsolidaciju magme.

Na najvišim temperaturama prvo iskristalisava anortit, a zatim slede bitovnit, labrador, andezin, oligoklas, ortoklas i dr. Proces rekristalizacije feldspata se odvija i nakon njihovog nastanka. Vrlo je dugotrajan i u osnovi se svodi na to da, u geološki dugom vremenskom periodu, nestabilnije mineralne modifikacije prelaze u stabilnije npr. ortoklas u mikroklin.

Raspada se u hidratisane alumosilikate-minerale glina i taj proces se često naziva kaolinizacijom. Proces raspadanja je vrlo spor pa se može, u praktičnom smislu, podrazumevati da ako su u gradjevinske objekte ugradjene stene koje izgradjuju sveži feldspati, oni se neće raspasti u eksploatacionom veku objekata. Inače prvi znak da su feldspati zahvaćeni procesima raspadanja je gubljenje njihove staklaste sjajnosti. Na osnovu svega sledi da su feldspati poželjni i dobri sastojci stena.

U industriji porculana ortoklas se koristi sa 17-37%, glina 66% i kvarc 12-30%.

Kaolinizacija se hemijski može izraziti:

2K(AlSi3O8) + 2H2O + CO2 = Al2((Si2O5 (OH)4) + 4SiO2 + K2CO3

Pri delovanju povišenih pritisaka i temepratura, kao i procesa hidrotermalnih izmena feldspati prelaze u sitnoljuspičasti mineral koji se zove ssericit. Sericitizacija se hemijski može izraziti:

3K(AlSi3O8) + H2O + CO2 = KAl2 ( )( )[ ]2103 OHOAlSi + 6SiO2 + K2CO3

Feldspatima su srodni feldspatoidi. Oni imaju znatno manje silicije od feldspata. Najvažniji predstavnici su leucit, analcim i nefelin.

Liskuni

Sl.3.12. Mrežasta struktura mikroklina

37

Grupu liskuna čine minerali muskovit, biotit i sericit. Oni su tipični listasti minerali iz grupe filosilikata. Učestvuju u gradji zemljine kore sa oko 3,8%. Svi kristališu monoklinično. Hemijski sastav im je nešto komplikovaniji i može se shematski izraziti u sledećem obliku:

X+ Y3++ (AlSi3O10) Z2

ili

X+ Y2+++ (AlSi3O10) Z2

Gde su:X+ - jednovalentni elementi: Na,KY++ - dvovalentni: Mg,FeY+++ - trovalentni: Al,FeZ - (OH) -

Muskovit je liskun u čijoj gradji učestvuju K i Na, srebrnasto bele boje, pripada grupi tzv. salskih minerala. Ime je dobio po Moskvi kroz koju je izvožen kao tzv. rusko staklo. Ima savršenu cepljivovst. To znači da se i najtanje liske mogu usitnjavati u još sitnije, što je kod muskovita i makroskopski veoma prepoznatljivo. Tanke liske su potpuno providne. Liske debljine nekoliko mm, providne, bez oštećenja bilo koje vrste, u prošlosti su služile kao prozorsko staklo. Deblje liske su prozračne, a kompaktnije mase su neprovidne. Izrazito je elastičan mineral. To znači da kada se liske izvedu iz svog prvobitnog položaja-saviju pod dejstovm sile, one će se po prestanku dejstva sile vratiti u svoj prvobitni položaj. Zbog toga on pripada tzv. grupi elastičnih minerala, za razliku od nekih krtih minerala kakvi su hloriti, koji se bez loma mogu saviti a pucaju pri pokušaju da se vrate u prvobitni položaj. Male je tvrdoće, 2-3. Specifična težina muskovita je 28-29 kN/m3. Ima sedefastu, blistavu sjajnost. Pri prolasku struje pruža veoma veliki specifični električni otpor, 102 - 106 Omm, što ga svrstava u odlične izolatore. Veliku primenu ima u elektroindustriji.

U procesima raspadanja minerala i stena u kojima je on zastupljen, muskovit zaostaje kao stabilna mineralna vrsta. Praktično, on se samo fizički usitnjava pri odredjenim procesima, a hemijski se ne raspada. Zbog toga je vrlo često, zajedno sa kvarcom, jedan od krajnjih produktata njihovog raspadanja. U stenama se često nalazi u vidu pojedinačnih sitnih liski, a redje u većim nagomilanjima, kao npr. u pegmatitima Prokuplja. Zbog svoje savršene cepljivosti i teškoća u glačanju i poliranju ukrasnog gradjevinskog kamena, smatra se da je nepoželjan sastojak tog kamena.

Biotit je liskun u čijoj gradji učestvuju Mg i Fe, nijansi je crne boje, pripada grupi tzv. femskih minerala. Tvrdoće je po Mosovoj skali 2-3, a specifične težine 28-32 kN/m3. Zbog učešća Fe u hemijskom sastavu on je znatno bolji provodnik struje, nije izolator kao muskovit, pa se zbog toga ne koristi u elektroindustriji. Hemijski je nepostojaniji od mukovita, brže se raspada i to u hlorit i limonit. Ostale osobine su mu vrlo slične muskovitu.

Sericit je sitnoljuspičasti agregat muskovita. U svemu ostalom je praktično istovetan muskovitu.

38

Amfiboli

Amfiboli i pirokseni učestvuju u izgradnji magmatskih stena sa oko 16,8%. U grupu amfibola spadaju minerali tremolit, aktinolit i hornblenda. Njihov hemijski sastav se može shematski izraziti u sledećem obliku:

(OH)2 X2Y5 (Z8O22) gde su: X - Ca,Na, Mg, Fe Y - Mg, Fe, redje Al, Fe, Ti Z - Si, manjim delom Al

Na bazi hemijskog sastava sledi da su amfiboli femski minerali tj. magnezijsko-gvoždjeviti silikati. Crne do zelenkaste su boje, staklaste sjajnosti kada su sveži. Najvažniji i najzastupljeniji u stenama su monoklinični amfiboli, a rombični i triklinični su retki i skoro bezznačajni. Kristalni oblici su, po pravilu, izdužene prizme i izdužena zrna koja su nekoliko puta duža od poprečnog preseka. Poprečni presek je šestougaoni, sa jasnom cepljivošću koja je paralelna dvema dužim pljosnima prizme (Sl.3.12). Ugao koji medjusobno zaklapaju ta dva pravca cepljivosti je 1240. Nastaju kao tipični magmatogeni-pirogeni minerali, na relativno visokim temepraturama. Pored toga, mogu nastati i procesima metmorfizma.

Svi amfiboli se raspadaju relativno sporo. Dugotrajnim procesom prevodjenja primarnih amfibola u sekundarne minerale, koji nastaju njihovim raspadanjem, obrazuju se kalcit (proces kalcitisanja), epidot (epidotisanje), hlorit (hloritisanje). Nastanku tih sekundarnih mineralnih vrsta potpomažu hidrotermalni procesi.

Petrogeno je najvažniji amfibol hornblenda. Nalazi se u obliku izduženih zrna zeleno-crne boje. Staklaste je sjajnosti, tvrdoće 5-6, specifične težine 29-35 kN/m3 . Poželjan je sastojak stena.

Pirokseni

Pirokseni su grupa minerala koja je vrlo slična amfibolima. Slični su u pogledu nastanka, hemijskog sastava, fizičko-mehaničkih svojstava, raspadanja. Njihov hemijski sastav se može shematski izraziti u sledećem obliku:

XY(Z2O6) gde su:

X - Mg,Fe,Ca redje Na Y - Mg, Fe (fero i feri), al, Ti, Mn Z - Si delom Al

Petrogeno su značajni rombični i monoklinični pirokseni. Triklinični su manje značajni. Rombični pirokseni su enstatit, bronzit i hipersten, a monoklinični augit, diopsid i dijalag. Svi su tipski magmatogeni minerali i nastaju na visokim temperaturama.

Redje nastaju kontaktno metamorfno. Kada su kristalni nalaze se u vidu kratkih-zdepastih prizmi. Staklaste su sjajnosti, izuzev bronzita i dijalaga koji su metalične

39

sjajnosti. Boja im je, kao i kod amfibola, različitih nijansi crno-zelene. Tvrdoća je 5-6, a specifična težina 30-39 kN/m3. Poprečni presek piroksena je osmougaoni (Sl.3.13.). Jasno im je izražena cepljovost po pljosnima osmostranih prizmatičnih oblika. Ta dva pravca cepljivosti medjusobno zaklapaju uglove od 870.

U odnosu na amfibole, pirokseni se mogu lako razlikovati kada su kristali ili zrna dovoljno krupni. Preciznijim metodama ispitivanja mogu se, pored ostalog, razlikovati i po tome što su amfiboli sa (OH) - grupom u hemijskom sastavu, pirokseni bez (OH)-. Odnos (Mg,Fe):Ca je kod amfibola 5:2, kod piroksena 1,2:1.

Raspadanjem pirokseni prelaze u sekundarne minerale tj. kalcit, epidot, hlorit, serpentin. U dinamometamorfnim zonama mogu od njih nastati amfiboli. Pirokseni su bitni minerali u bazičnim i ultrabazičnim stenama.

Olivini

U grupi minerala koji su nazvani zajedničkim imenom olivini najvažniji minerali su forsterit i fajalit. Forsterit je magnezijumov silikat Mg2SiO4 , a fajalit gvoždjev silikat Fe2SiO4.

Olivini su najčešće maslinasto zelene boje, redje nijansi crne boje. Kristalni oblici se svrstavaju u rombičnu kristalografsku sistemu. Medjutim, takvi oblici su izrazito retki. Najšeće se nalaze u stenama zemljine kore u obliku kristalastih zrna. Olivini su bez cepljivosti. Relativno su tvrdi i teški minerali. Tvrdoća im je 6-7, a specifična težina 30-32 kN/m3 kod forsterita, a fajalita 43 kN/m3 .

Olivini su tipski magmatogeni minerali. Kristališu iz magme kao prvi petrogeni minerali. Oni se često nazivaju geološkim termometrima, jer iskristalisavaju na tačno odredjenim temperaturama, tj. na oko 14000 C.

Minerali su postojani ako se termodinamički uslovi bitno ne menjaju tokom vremena. Kada to nije slučaj, vrši se prilagodjavanje minerala novonastalim uslovima, tako što se postojeće forme minerala prilagodjavaju novim uslovima, ili se vrše još veće transformacije tako da minerali prelaze u nove. Iz tih razloga su obimna prevodjenja olivina u sekundarni serpentin. Prvo nastaje mrežasti serpentin, što se može mikroskopskim metodama jasno videti i detaljno ispitivati. Kao posledica tog prevodjenja u serpentin (serpentinizacija peridotita) u mreži serpentinita kao zadnji neraspadnuti zaostaju zrna peridota-olivina. Na kraju tog procesa i ta zaostala zrna olivina prelaze u serpentin. Procesima hidrotermalnih izmena olivini prelaze u magnezite. Olivini izgradjuju peridotite, gabro stene i bazalte. Zbog svoje zelene i crne boje, relativno velike težine, brojnih pukotina i mikroprslina koje su često prisutne u njima, retko se upotrebljavaju kao gradjevinski kamen. Glačane i polirane ploče olivinskog sastava, nijansi zelene boje, su lep ukrasni kamen za unutrašnje oblaganje u zgradama i kao takve mogu se naći na tržištu.

Serpentin i talk

40

Sl.3.13. Poprečni presek kristalaa) pirokseni; b) amfiboli

Serpnentini i talk su hidratisani alumosilikati magnezijuma. Serpentin 3MgO 2SiO2 2H2O kristališe monoklinično i najčešće se nalazi u stenama u zrnastim, ljuspičastim (antigorit) ili vlaknastim agregatima (hrizotil, serpofit i vlaknasti azbest). Naročito lepi oblici serpentina su vlaknasti oblici hrizotila i vlaknastog azbesta. Oni najčešće ukazuju na odredjene hidrotermalne procese, koji su se dogadjali u stenama, pri kojima su i sami nastali. Serpentini nemaju cepljivosti. Smolaste i masne su sjajnosti. Boja im je zelena do crna. Prelom im je iverast, školjkast do nepravilan. Tvrdoće su 2,5-4, a specifična težina 25-27 kN/m3.

Talk 3MgO 4SiO2 H2O je monokliničan. Masnog je opipa, savitljiv ali neelastičan. Boje je bele, svetlozelene do sive. Specifične težine je 27-28 kN/m3, a tvrdoće 1. Sekundarni je mineral, nastaje raspadanjem olivina i piroksena. Zastupljen je u talkovim škriljcima ili u peridotitsko-serpentinitskim stenama duž pojedinih pukotina u vidu tankih presvlaka.

Upotrebljava se u industriji kozmetike, papira i kao toplotni izolator.

Hloriti

Hloriti su hidratisani alumosilikati magnezijuma i gvoždja. Bitni su minerali u tzv. zelenim stenama, tj. hloritskim škriljcima. Zelene su boje. Male su tvrdoće 1-2,5. Specifična težina im je 26-30 kN/m . Krti su minerali, ljuspasti, savršene cepljivosti, sedefaste sjajnosti. Zbog male tvrdoće i savršene cepljivosti, gradjevinski kamen koga oni izgradjuju nije doborog kvaliteta.

Minerali glina

Pod pojmom glina obuhvaćeno je više vrsta minerala. Svi oni nastaju raspadanjem primarnih alumosilikata, najviše raspadanjem feldspata. Zbog veoma sitnih zrna od kojih je glina izgradjena, kao i nemogućnosti da se ona razlikuju i prepoznaju makroskopskim metodama, do skora se mislilo da su gline amorfne mineralne vrste, tj. da imaju potpuno nepravilnu i unutrašnju gradju i spoljašnji oblik. Savreme metode ispitivanja, putem elektronskog miskroskopa, kao i rendgenske metode isipitvanja, potvrdile su da je raspored atoma i jona u mineralima glina pravilan, da se nalaze i u kristalnim oblicima.

Minerali glina se mogu prepoznavati metodama bojenja, termičkim metodama i rendgenskim metodama. Mešanjem u tačno odredjenim supstancama različite vrste glina daju drugačije boje. Termičke metode su bazirane na zagrevanju minerala glina i njihovom sposobnošću oslobadjanja vezane vode na odredjenim temperaturama. Rendgenskim metodama se odredjuju elementi kristalne rešetke pojedinih mineralnih vrsta i na bazi toga je moguće najpreciznije odrediti i samu mineralnu vrstu (Sl.3.14).

41

Svi minerali glina se mogu grupisati u tri kristalne grupe i jednu amorfnu. Kristalni predstavnici iz grupe kaolinita su: kaolinit, nakrit i halojzit. U grupi monmorionita su: monmorionit, nontronit i glaukonit. Treću grupu čini ilit. Amorfni predstavnik minerala glina je alofan.

Sl. 3.14. a) Shematski prikaz koloidne čestice, po S. Karamati; b) Voda oko glinene čestice, po A. F. Lebede-u

Minerali glina, pored silicije, uvek sadrže aluminijum i znatne količine vode. Glinene čestice su negativno naelektrisane. Kao takve za njih su vezani katjoni mnogih elemenata i disocirana voda. Količina vode i debljina opni vode oko glinene čestice su promenljivi, čestice se na okupu drže tom vodom i usled toga gline se svrstavaju u poluvezane stene. Kada je debljina opnene vode tolika da prelazi mogućnosti njenog fizičkog vezivanja za česticu tada gline prelaze u tečno stanje, a taj višak vode podleže zakonima gravitacije, tj. može teći pod dejstvom sile gravitacije. Minerali glina lako primaju vodu i tako povećavaju zapreminu-bubre. Tvrdoća minerala glina je od 1-3. Specifična težina im je od 20 kN/m3 (monmorionit) do 26 kN/m3 (kaolinit). Boje su različite usled primesa: bele, sive, žute, crne i dr.

Genetski kaoliniti su vezani za rastvore sa Na, zemnoalkalnim elementima i fero gvoždjem, a monmorionit za bazičnije rastvore.

Gline izgradjuju velika područja i to u površinskoj zoni terena, gde je interakcijsko delovanje sa objektima najveće, pa su stoga te stene veoma značajne sa stanovišta preciziranja uslova fundiranja objekata. Osim toga gline su veoma važan gradjevinski materijal. Služe kao osnovna mineralna sirovina za različitu glinenu robu: blokove, ciglu, crep, pločice, cevi, porcelan i dr. Zbog slabe vodopropustvljivosti služe za izradu injekcionih emulzija, isplake za bušenje terena i dr.

Gline sadrže vodu, mnoge alkalijske i amonijske soli koje su značajne za razvoj biljnog sveta, a time i živog sveta uopšte.

42

43

4. STENE

UVOD

Stene su prirodni polimineralni, redje monominelarni, agregati. Nazivi stena potiču od mineralnog sastava i načina povezivanja minerala u steni (granit, krečnjak i dr. ), ili su fragmenti već postojećih stena tako nagomilani da se te skupine nazivaju specifičnim imenima (pesak, drobina i dr.).

Sve stene, koje su zastupljene u gradji zemljine kore, podeljene su u tri grupe: čvrstovezane, poluvezane i nevezane. Mineralna zrna su, u čvrstovezanim stenama, medjusobno koheziono povezana tankom mineralnom kristalizacionom opnom. Kod poluvezanih stena mineralna zrna su koheziono povezana, kao i kod čvrstovezanih stena, s tom razlikom što su sile povezivanja izrazito slabijeg intenziteta. Fragmenti stena kod nevezanih stena se na okupu drže samo silama trenja.

Osim stena sa više minerala, znatno je manje monomineralnih stena. Njih izgradjuje samo jedna mineralna vrsta (olivin u dunitu, kalcit u krečnjaku i dr.).

U gradji zemljine kore pored stena, u manjoj meri, učestvuju i rude. One zahvataju relativno mala prostranstva, u odnosu na stene. Da li se radi o rudnom ležištu, ili ne, zavisi od procentualne zastupljenosti jednog ili više elemenata u rudi, u odnosu na zastupljenost u gradji zemljine kore. Ako mineralno ležište ima takve dimenzije i procentualnu zastupljenost da se ekonomično može eksploatisati, onda se naziva "rudno ležište".

Na osnovu uslova i načina nastanka stene su klasifikovane u tri velike grupe: magmatske, metamorfne i sedimentne. Magmatske su nastale očvršćavanjem usijanog rastopa-magme. Kada se očvršćavanje magme vrši u dubljim delovima litosfere tada nastaju dubinske magmatske stene. U slučajevima kada magma izbije na površinu terena tada od lave nastaju izlivne ili vulkanske stene. U magmatskim stenama, ili drugim koje su u kontaktu sa magmatskim telom, formiraju se žične stene. One su relativno velike dužine u odnosu na njihovu debljinu. Za obrazovanje sedimentnih stena neophodni preduslovi su da se vrši raspadanje već postojećih stena, njihov transtoprt, sedimentacija i dijagenetsko očvršćavanje. Od postojećih magmatskih ili sedimentnih stena, kada one iz bilo kojih razloga, dospeju u uslove povećanih pritisaka i povišenih temperatura, vrši se preobražaj-metamorfisanje i tako nastaje treća velika grupa stena tj. metamorfne stene.

44

Sve stene se odlikuju sopstvenim sklopom. Pod tim pojmom podrazumevaju se struktura i tekstura stena. Struktura stena obuhvata: genezu; oblik; veličinu; način medjusobnog srastanja mineralnih zrna. Tekstura stena predstavlja izgled stene u prostoru, tj. stepen uredjenosti i pravilnosti rasporeda pojedinih minerala koji grade stenu.

4.1. Magmatske stene

Magmatske stene nastaju iz viskoznog, tečnog, rastopa u procesu njegovog očvršćavanja. To se dešava u dubljim delovima zemljine kore, u plitkoj površinskoj zoni terena, ili kada magma-lava izbije na površinu terena onda tu i očvrsne.Magma se od teško i lako isparljivih komponenti. Teško isparljive komponente su SIO2 ,Al2O3 , Fe2O3 , Fe3O4 , MgO, CaO, Na2O i dr., a lako isparljive komponente su H2O, HCl, CO, CO2 , SO2 , SO3 , H2S i dr. Pri procesu hladjenja magme dolazi do kristalizacije minerala i obrazovanja odgovarajućih stena. Kristalizacija različitih mineralnih vrsta je najdirektnije vezana za termičke uslove, stanje pritisaka koji vladaju u magmi, vlažnost magme i dr. To se ne odvija haotično, već po odredjenim zakonitostima u pogledu redosleda iskristalizacije pojedinih mineralnih vrsta iz magme, koje su prikazane u nastanku magmatogenih minerala u Bovenovoj šemi redosleda kristalizacije. Odnos lako isparljivih i teškoisparljivih komponenti, u jednom rastopu, predodredjuje da li je ta magma vlažna ili suva. To pogoduje da se pri hladjenju, više ili manje, razvijaju minerali kojima pogoduju jedni ili drugi uslovi. Lakoisparljive komponente, voda i gasovi, delom ulaze u sastav pojedinih mineralnih vrsta, a u nekim slučajevima duž pukotina i raseda izbijaju na površinu terena i tako se oslobadjaju. Količine oslobodjenih gasova su pri pojedinim vulkanskim eshalacijama izuzetno velike.

Prema savremenim shvatanjima magma potiče iz dubljih delova litosfere. U tim delovima vladaju izuzetno veliki pritisci i povišene temperature, ali se još uvek održava čvrsto stanje omotača. Ako iz bilo kojih razloga dodje do smanjenja pritisaka, ili npr. usled povećane radioaktivnosti dodje do povišenja temperature, tada dolazi do prevodjenja stenskih masa u tečno stanje, tj. dolazi do njihovog stapanja i nastanka magmatskih ognjišta. Takav stopljeni materijal-magma može da migrira i da u daljem procesu dodje do njenog očvršćavanja u dubljim delovima zemljine kore ili do njenog izbijanja na površinu.

Temperaturu magme u unutrašnjosti nije moguće direktno utvrditi. U tom cilju vršena su brojna merenja temperature na aktivnim vulkanima i utvrdjeno da je temperatura lave izmedju 900 - 1400 0C. Ako se ima u vidu da je magma na svom putu do površine već delimično ohladjena može se sa sigurnošću tvrditi da je temperatura magme nešto viša od navedenih vrednosti tj. za granitski rastop oko 1000 0C, a za dunitski oko 1500 0C. Pravilo je da sadržaj lakoisparljivih komponenti u magmi snižava temperaturu kristalizacije minerala.

4.1.1. Oblici magmatskih tela

Od očvrsle magme, ili lave, formirana su magmatska tela vrlo različitih oblika. Oblik tih tela je uslovljen najviše dubinom na kojoj se očvršćavanje odvija, a pored toga odnosom očvrslog tela prema slojevitim stenama u okviru kojih je telo nastalo. Najvažniji oblici magmatskih tela (Sl.4.1.) su: batolit, sil, fakolit, Lopolit, Lakolit, štok, žica, ploča, vulkanska kupa, nek, kaldera, krater vulkana. Batoliti su magmatska tela ogromnih

45

dimenzija i u praktičnom smislu, za potrebe graditeljstva, može se podrazumevati da je njihova dubina neograničena. Ostala magmatska tela su mnogostruko manja, u odnosu na batolit, ali su i ona u pojedinim slučajevima izrazito velika.

Unutar magmatskih tela postoje brojni prekidi materijalnog jedinstva koji su u vidu raseda i pukotina. Njima je stenska masa podeljena u blokove različitih oblika i dimenzija. Svaki takav blok naziva se monolit. Unutar monolita često su prisutne prsline i naprsline koje delimično presecaju monolit. Monolitni delovi magmatskih blokova se lakše razdvajaju, pod dejstvom dinamičke sile, duž pojedinih karakterističnih latentnih površina. Te površine ustvari čine površine lučenja.

Sl.4.1. Oblici magmatskih tela, prema Butleru

U pojedinim slučajevima, lučenje je izraženije i nastalo je kao posledica kontrakcije magme u vreme njenog hladjenja. Kada je lučenje pravilno: stubasto; kockasto; pločasto ili sličnih poliedarskih oblika, tada se kameni blokovi mogu relativno jednostavno oblikovati. Naročito je to povoljno pri izradi kocki i ivičnjaka za puteve, blokova za zidanje i obzidjivanje i bilo koje druge namene. Nepovoljno je slučaj kad je lučenje nepravilno, pogotovu kad je kuglasto. Tada je po pavilu nemoguće, ili veoma otežano relativno brzo i jednostavnim orudjem, dletom i čekićem, dobiti pravilne poliedarske oblike. I kada se obrada i usitnjavanje vrši rezanjem, lučenje je od velikog uticaja na uslove i mogućnosti te obrade.

46

4.1.2. Sklop magmatskih stena

Pojam sklopa obuhvata strukturu i teksturu magmatskih stena. Na vrstu strukture utiču: veličina zrna, medjusobna povezanost zrna, geneza stene. Osnovne vrste struktura magmatskih stena su: zrnasta, porfirska, ofitska i porfiroidna. Za zrnasti tip strukture karakteristično je da su sva zrna iskristalisala, da su medjusobno vezana kohezionim silama. Zrna su najčešće izometrična i približno podjednake veličine. To sve ukazuje na lagan proces očvršćavanja magme u jednom dugotrajnom ciklusu. Po ovakvom tipu strukture lako su prepoznatljive dubinske magmatske stene koje se još često nazivaju i plutonitima. Slična zrnastoj strukturi je porfiroidna

struktura. Za nju je karakteristično da su sva zrna takodje istristalisala, kao i kod zrnaste strukture. Medjutim, u samom procesu očvršćavanja nekim zrnima pogoduju termodinamički uslovi, kao i uslovi vlažnosti, pa pojedine vrste minerala brže rastu od drugih. Time se dobija stena koja ima pojedine minerale koji su krupniji od drugih. Na prvi pogled taj tip strukture je sličan porfirskoj i ako suštinski je različit, pa je zbog toga i struktura dobila naziv porfiroidna.

Porfirska struktura je karakteristična po tome što se krupnija zrna, koja se nazivaju fenokristali, nalaze u tzv. osnovnoj masi. Tu osnovu masu čine kristalna sitna zrna koja su po vrsti identična fenokristalima, ili u slučajevima kada je proces hladjenja nagao i ne stignu minerali osnovne mase da iskristališu onda je ona amorfna. Ovaj vid strukture ukazuje da se proces hladjenja odvijao u dve faze. U prvoj, proces hladjenja je tekao

relativno dugo i sporo, iskristalisala su krupna zrna i ona su bila uronjena-okružena magmom. U drugoj fazi, zbog raznih okolnosti, došlo je do brzog hladjenja zaostale neiskristalisale mase i iz nje je nastala tzv. osnovna masa. Kada je proces hladjenja vrlo brz tada osnovna masa naglo očvrsne. Zbog toga ona postaje amorfna tj. bez ikakve pravilnosti u unutrašnjoj gradji. Ako je proces hladjenja u toj drugoj

47

Sl.4.2. Karakteristični oblici deljenja-lučenja magmatskih stena a) Stubasto;

b) Pločasto; c) Kuglasto

fazi nešto sporiji, još uvek mogu zrna očvršćavati tako da su sačuvane pravilnosti u unutrašnjoj gradji. Za makroskopsko pre-poznavanje stena sa porfirskim tipom strukture bolje je kada je stena izgradjena od procentualno veće količine osnovne mase nego što ima fenokristala. Kada su fenokristali veoma sitni otežano je makroskopsko razli-kovanje zrnaste i porfirske strukture. I u tim slučajevima, na mikroskopskim prepa-ratima, lako se razlikuju ta dva osnovna tipa stukture.

Porfirski tip strukture je karakte-rističan za izlivne-vulkanske stene.

48

Sl.4.3. Zrnasti tip strukturea) Mikroskopski snimakb) Fotografija

Sl.4.3. Porfirski tip strukturea) Mikroskopski snimakb) Fotografija

Ofitska struktura je karakterističan kod malog broja stena, npr. kod dijabaza. Za tu strukturu je karakteristično da su izdužena zrna plagioklasa medjusobno isprepletana u formi rešetke,a izmedju njih je iskristalisao piroksen.

U zavisnosti od toga da li su zrna koja učestvuju u gradji neke stene pravilnih oblika ili nisu, da li je osnovna masa kristalasta ili drugačija, uobičajeno je više podvrsta navedenih struktura magmatskih stena.

Pod pojmom teksture stene se podrazumeva prostorni raspored mineralnih zrna koja grade stenu. Ona mogu činiti ure-djene ili neuredjene sklopove, tj. mogu popu-njavati prostor stene tako da su pravilno ili nepravilno orijentisana; približno homogeno-ravnomerno ili nepravilno rasporedjena u prostoru. U pojedinim delovima mogu biti nagomilani pojedini minerali, ili oni mogu biti tako rasporedjeni da izmedju njih ostaju nepopunjene pore i šupljine. Osnovni vidovi tekstura magmatskih stena su: masivna (homogena), planparalelna, fluidalna, šlirasta, mehurasta i mandolasta. Kod masivne

teksture svi minerali u steni su rasporedjeni bez ikakvih pravilnosti. Za razliku od masivne, kod planparalelne teksture listasta ili izdužena zrna su iskristalisala duž paralelnim ravnima. Njihovi položaji su uslovljeni pravcima kretanja magme ili delovanjem blagih usmerenih pritisaka koji su vladali u magmi. Šlire predstavljaju nagomilanja tamnih minerala u steni. Mehurasta tekstura je karakteristična za magme bogate parama i gasovima

kod kojih je pri očvršćavanju zaostalo dosta šupljina. Kada se ti prazni prostori zapune mineralnom materijom, dijagenetski ili postgenetski, najčešće kalcitom ili kvarcom, tada stena ima mandolastu teksturu.

4.1.3. Klasifikacija i prikaz magmatskih stena

Prema hemijskom sastavu tj. procentualnoj zastupljenosti silicije (SiO2) magmatske stene se mogu klasifikovati na kisele (silicije ima više od 66%), prelazne ili inetrmedijarne (silicije ima od 52-66%), bazične (silicije ima od 45-52%) i ultrabazične (silicije ima manje od 45%). Prema tome i sve vrste magmi iz kojih nastaju magamtske stene, podeljene su na granitsko-sijenitske, granodioritske, gabro, peridotitske i nefelinske. Navedene vrste magmi imaju svoje dubinske, izlivne i žične predstavnike. Konsolidacijom svih magmi prvo iskristalisavaju sporedni sastojci, koji zbog promena u magmi ne mogu više da budu u stopljenom stanju, a potom kristališu svi ostali bitni i drugi sastojci stena.

U stenama minerali mogu biti bitni, sporedni i akcesorni (slučajni). Bitni su oni koji su zastupljeni u značajnoj količini i na bazi kojih je stena i zadobila svoj naziv. Sporedni se nalaze u malim količinama i kao takvi mogu se nalaziti u više različitih vrsta stena. Akcesorni se takodje javljaju u malim količinama i uglavnom ukazuju na neke specifične procese koji su se dogadjali u vreme nastanka stene ili kasnije. Povezivanje različitih minerala u steni nije haotično. Spajaju se minerali koji kristališu na relativno istovetnim termodinamičkim i drugim uslovima. Zbog toga nema magmatskih stena u kojima su zajedno, kao bitni minerali, kvarc i olivin.

Dubinske magmatske stene su nastale u dubljim delovima zeljine kore. Imaju zrnasti tip strukture što je posledica dugotrajnog i laganog procesa očvršćavanja magme.

49

Sl.4.5. Shematski prikaz osnovnih tekstura magmatskih stena: masivna

(a); paralelna (b)

Žične magmatske stene se nalaze u vidu žica koje presecaju matični plutonit ili okolne stene. Kada je sastav žičnih stena identičan matičnom plutonitu, a razlika je samo u strukturi tih žica, tada se te žične stene nazivaju ašistnim. Kod druge vrste žičnih stena, diašistnih, njihov sastav se unekoliko razlikuje od sastava matičnog plutonita. Žične stene se razlikuju od okolne mase i po boji dominantnih minerla. Kada su oni izgradjeni pretežno od feldspata i kvarca, npr. u aplitu, tada su žice znatno svetlije od matične stene (žične stene tzv. aplitskog niza). Obrnuto, kada su dominantni femski minerali žice su znatno tamnije od matične stene (žične stene tzv. lamprofirskog niza).

Izlivne magmatske stene se klasifikuju prema starosti na mladje-kenotipne i starije -paleotipne.

Stene granitske magme

Redosled iskristalisavanja-očvršćavanja minerala u stenama granitske magme je sledeći:

1. Sporedni sastojci: cirkon, magnetit, apatit; 2. Muskovit i biotit, redje augit i hornblenda; 3. Kiseli feldspati; 4. Kvarc.

Dubinske magmatske stene su granit i sijenit. Žične su granitporfir, sijenitporfir, aplit, pegmatit i mineta. Izlivne stene su kvarcporfir, porfir, riolit i trahit.

Dubinske magmatske stene su graniti kod kojih je kvarc bitan mineral i sijeniti kod kojih je kvarc sporedan (do 5%). Graniti su dobili naziv po zrnastoj strukturi (granum=zrno). Uobičajeno je u tehničkoj petrografiji da se po krupnoći zrna dele stene, pa i graniti, kako je to dato u balici br.4.1. Najčešće graniti u svom sastavu imaju kiseli feldspat, kvarc, jedan ili oba liskuna, muskovit i biotit. Redji su graniti sa hornblendom ili augitom. Nazivi granita su po

pravilu po količinski najzastupljenijem mineralu koji ih gradi. Vrlo lepi graniti crvene boje su iz nalazišta u Finskoj, tzv. rapakivi graniti. Crvena boja im potiče od crvenih feldspata. Slični njima, crvene su boje i naši sijeniti iz mesta Tande u Istočnoj Srbiji.

Struktura im je zrnasta, a samo retko porfiroidna. U pogledu teksture graniti su najčešće masivni, redje su šlirasti, kuglasti, gnajsoliki.

Fizičko-tehnička svojstva svežih granita su sledeća: zapreminska težina im je u granicama 25-27 kN/m3; ukupna poroznost magmatskih stena uopšte, pa i granita, je mala i iznosi 0,3-5% (najčešće 1,9%); čvrstoća na pritisak je od 110-245 MN/m2 (najčešće oko 180 MN/m2 ); habanje svežih granita iznosi 3-8 cm3 /50 cm2 . Graniti su postojani su na dejstvo mraza.

U dugotrajnom vremenskom periodu, tzv. geološkom vremenu, graniti su podložni raspadanju. Konačni produkt fizičko-hemijskog raspadanja granita je granitski grus. On ustvari predstavlja raspadnutu dezintegrisanu stenu, tako da su feldspati potpuno

Tablica br. 4.1.: Podela stena prema krupnoći zrna

Klasifikacija poveličini zrna

Veličina zrna ( mm )

Grubozrne > 10Krupnozrne 5-10Srednjezrna 3-5Stinozrna 1-3Veoma sitnozrna < 1

50

ili delimično kaolinisani, a kao neraspadnuta su zaostala samo zrna kvarca. Proces raspadanja granita se odvija sporo i dugotrajno, tako da izmedju svežih i potpuno raspadnutih, postoje manje ili više izmenjeni graniti. Raspadnje je najintenzivnije na površini terena, duž pukotina i raseda. Dubina tih izmena je najčešće nekoliko metara, na pojedinim lokalnostima i više desetina m.

Sveži graniti su odličan gradjevinski kamen. On se upotrebljavao u dalekoj prošlosti i upotrebljavaće se sve dok bude ljudskih aktivnosti na Zemlji. Upotreba je veoma raznovrsna npr. kao lomljeni i drobljen kamen, u nasipima svih vrsta saobraćajnica, u odbrambenim nasipima, u drenažama. Mogu se obradjivati u blokove i ploče različite veličine i oblika pa kao takvi ugradjivati praktično u sve vrste gradjevinskih objekata npr. za zidane zgrade, kamene mostove, oblogu portala i celih tunela, za izradu ivičnjaka i kocki, postolja spomenika, kao dekorativni i skulptorski kamen itd. Naročito cenjene, kvalitetne, su polirane ploče granita: sivog; sivobelog; crvenog. One su izvanredno dobar, dugotrajan i lep kamen za oblaganje: podova; zidova; stubova i dr. Koriste se za unutrašnje, ali i za spoljašnje oblaganje zgrada, redje trgova i drugih vrednih prostora. Izuzetnu pažnju treba obratiti na ponekad prisutne, jedva primetne pravce sa prisutnim tragovima limonitske materije, ili latentne-skrivene pravce sa nagomilanjima minerala koji pri raspadanju daju prljavo žute tragove, a posledice tih procesa mogu biti vidljivi posle kratkog vremena od ugradnje.

Žične magmatske stene se lako razlikuju od granitsko-sijenitske mase po tome što one jasno presecaju matični plutonit. Ako su utisnute u okolne stene takodje se jasno uočavaju. Dužina tih zica je višestruko veća nego njihova debljina. U terenskim uslovima, na otkrivenim izdancima i iskopima svih vrsta, mogu se lako vizuelno pratiti. Naročito se ističu apliti koji su izrazito bele boje i lamprofiri koji su tamni. Za razliku od aplita i lamprofira pegmatiti se često javljaju u vidu velikih masa i po tome više podsećaju na prave intruzije. Žične stene nemaju veliki praktični značaj, izuzev pegmatita u kojima postoje majdani, npr. u Bujanovcu i služi za dobijanje feldspata, kvarca i liskuna. Često nastanak pegmatita prati i stvaranje ležišta drugih mineralnih sirovina (beril, spodumen, fluorit, apatit, flogopit, grafit i dr.).

Izlivne stene granitske magme imaju porfirski tip strukture, često su u obliku ploča i silova. Starije-paleotipne, su izmenjenije i pretežno su nijansi crveno-crne boje. Sveži varijeteti, imaju veliki praktični značaj kao npr. trahiti iz kamenoloma Srebro i Rakovac na Fruškoj Gori.

Stene granodioritske magme

Redosled iskristalisavanja-očvršćavanja minerala u stenama granodioritske magme je sledeći:

1. Sporedni sastojci: cirkon, magnetit, apatit, sfen; 2. Augit, hornblenda i redje biotit; 3. Intermedijarni plagioklasi; 4. Kalijski feldspat; 5. Kvarc.

51

Najvažnije dubinske magmatske stene su granodirorit, kvarcdiorit i diorit. Žične su granodiorit-porfirit, kvarcdiorit-porfirit, diorit-porfirit i kersantit. Izlivne stene, mlade po starosti, su kvarclatit, dacit i andezit. Stare, paleotipne, su porfirit i kvarcporfirit. Sve te stene su praktično istovetne granitu i to: u pogledu fizičko-tehničkih svojstava; nastanka; produkata raspadanja; ispucalosti; veličine zrna; primene. U

makroskopskom prepoznavanju jednih u odnosu na druge, zapaža se nešto veća procentualna zastupljenost bojenih-tamnih minerala u stenama granodioritske magme, nego što je to slučaj kod stena granitske magme.

Najrasprostranjenije magmatske stene kod nas su izlivi granodioritsko-dioritske magme i to dacit i andezit. Dacit kao bitan mineral, pored ostalih, ima i kvarc, a andezit je beskvarcni varijetet. Često se na istoj lokalnosti nalaze i jedan i drugi tako da su kvarcne partije daciti, a bezkvarcne ustvari andeziti. Kada su zastupljene male količine kvarca takve stene se nazivaju dacito-andezitima. Sa pojavom male količine bazičnog plagioklasa andeziti predstavaljaju prelaze prema bazaltima pa se nazivaju

andezit-bazaltima. Navedeni primeri ukazuju da, uglavnom, medju magmatskim stenama postoje postupni prelazi izmedju jednih i drugih vrsta, što itekako otežava makro-skopsku determinaciju brojnih magmatskih stena. I dacit i andezit imaju tipičnu porfirsku strukturu i dobro se obradjuju u blokove, ivičnjake, kocku, drobljenik za spravljanje asfaltnih zastora za puteve i dr. Mnogobrojni su kamenolomi u kojima se vrši njihova eksploatacija (na Rudniku: Slavkovica, Kelj, Zagradje; kod Ljubovije i dr.). Pojedine vrste andezita su zadobile i specifične lokalne nazive, kao npr. timociti u Borskom regionu. U timocitima je zastupljen kao bitan mineral, pored drugih, hornblenda.

Za izlivne stene granodioritsko-dioritske magme je važno da su procesi njihovog stvaranja, u njima samim, ili na kontaktima sa okolnim stenskim masama, presudno uticali na obrazovanje brojnih orudnjenja. Iz tih orudnjenja danas se eksploatišu rude.

Stene gabro magme

Redosled očvršćavanja minerala u stenama gabro magme je sledeći: 1. Sporedni sastojci i to: apatit, magnetit, ilmenit; 2. Olivin; 3. Pirokseni i amfiboli; 4. Bazični feldspati.

Stene ove magme takodje imaju svoje dubinske stene (gabro), žične predstavnike

(gabroporfirit, gabropegmatit i anortozit) i izlive. Zavisno od toga da li su izlivi stari ili

52

Sl. 4.6. Dacit u kamenolomu Ljubovija, foto Ž. Gajić

mladi, u geološkom vremenu, podeljeni su na: kenotipne: bazalt i andezitbazalt i paleotipne: dijabazi, melafiri i spiliti.

Zavisno od toga koji minerali učestvuju u gradji gabra poznato je više varijeteta. Kada ga, kao bitni minerali, čine bazični plagioklasi i monoklinični pirokseni tada se stena uobičajeno naziva gabro. Medjutim, kada ga kao bitni mineral, umesto monokliničnih piroksena, čine rombični pirokseni, onda se stena naziva norit. Gabro sa olivinom je olivinski gabro. Troktolit je stena izgradjena samo od bazičnih feldspata i olivina. U hiperitu su zastupljeni i rombični i monoklinični pirokseni.

Srednjezrni varijeteti gabra se dobro glačaju i poliraju i kao takvi su našli veliku primenu za izradu kamenih ploča, blokova i dr. Mogu se uspešno koristiti kao skulptorski ukrasni kamen. Kao takav iskorišćen je za karijatide spomenika neznanom junaku na Avali. Naročito dobri za eksploataciju su u slučajevima kada im je pravilno pločasto i bankovito lučenje npr. u Jablaničkom gabru.

Čvrstoća na pritisak svežeg gabra je 100-310 MN/m2 (najčešće oko 230 MN/m2 ). Zapreminska težina im je 26,5-30,5 kN/m3 . Male su poroznosti, do 5.1%, obično oko 0,9%.

Žične stene gabro magme su redje nego kod granitske i granodioritske magme. Nemaju veći praktični značaj. Slično je i sa izlivnim stenama gabro magme, s napomenom da savremeni vulkani sada izbacuju bazaltni tip magme.

Stene peridotitske magme

Redosled iskristalisavanja-očvršćavanja minerala u stenama peridotitske magme je sledeći:

1. Sporedni sastojci: hromit, magnetit; 2. Olivin; 3. Pirokseni i amfiboli, redje biotit.

Dubinske magmatske stene peridotitske magme su dobile nazive zavisno od toga da li je to čisto olivinska stena (dunit); ili stena sa kombinacijom olivina i rombičnih piroksena (harcburgit); olivina,rombičnog i monokliničnog piroksena (lerzolit); olivina i monokliničnog piroksena (verlit); olivina i hornblende (kortlandit). Kada u steni izostaje olivin onda su to pirokseniti i amfiboliti, a naziv je po najzastupljenijem mineralu.

Opšta karakteristika ovih magmatskih stena je da su one crne do zelene boje. Bogate su magnezijom i gvoždjem. U njima nema alkalija, vrlo je malo silicije i aluminije.

Kao gradjevinski kamen za zidanje serpentinisani peridotiti se malo koriste. Razlog tome leži najviše u činjenici da su u njima vrlo brojne pukotine i prsline, usled čega je teško dobiti željene oblike blokova. Drugi razlog je u boji koja nije privlačna-prihvatljiva, kao što je to npr. kod granita. Ipak, treba naglasiti da se mogu naći i nalazišta-majdani kamena, sa relativno malo pukotina i iz njih se dobijaju lepe zelene ploče, koje su naročito vizuelno privlačne posle poliranja.

Žične stene peridotitske magme (pikriti) i izlivne stene (pikritporfiriti) razlikuju se od matične stene samo po strukturnim svojstvima i nemaju praktični značaj.

53

Ostale magmatske stene

Pored navedenih vrsta magmatskih stena podredjeno su zastupljene stene nefelin i leucit sijenitske grupe. Nazive su dobile po vodećim mineralima. One su veoma bogate alkalijama, a siromašne silicijom.

U vulkanskim oblastima nastaju vulkanske breče, aglomerati i tufovi. Materijal za njihovo nastajanje je vulkanskog porekla, a uslovi u kojima te stene nastaju je identičan nastanku sedimentnih stena. Breče imaju oštre ivice, a aglomerati zaobljene jer su nastali od polutečnog materijala koji je u formi kapljica. Najveće rasprostranjenje imaju tufovi koji su nastali odlaganjem najsitnijeg vulkanskog materijala, često i veoma daleko od matičnog vulkana. Porozni su i relativno lagani. Nazive imaju po vrsti stena sa čijim nastajanjem su i sami nastali npr. andezitski tuf. Slični tufovima su tufiti. Oni su nastali sedimentacionim procesima, ali tako da je deo materijala vulkanskog porekla, a deo materijala je prinet raspadanjem već postojećih stena.

Kada magma naglo očvrsne nastaju vulkanska stakla. Najpoznatije stene te vrste su obsidijan, pehštajn, perliti. Vulkanska stakla su amorfna, nepostojana, teže vremenom da predju u stabilnije mineralne modifikacije.

4.2. Sedimentne stene

Raspadanjem već postojećih stena nastaje materijal od koga se obrazuju sedimentne stene. Za genezu tih stena važni su stadijum raspadnja, transporta, sedimentacije i dijagenetskog očvršćavanja raspadnutog materijala. Sedimentne stene imaju manju zastupljenost od magmatskih i metamorfnih stena. Medjutim, njihov značaj je izrazito veliki iz razloga što one izgradjuju površinski deo litosfere, a baš u toj zoni terena, se najvećim delom, odvijaju graditeljske aktivnosti.

Fizičko-hemijski uslovi pri kojima se stvaraju sedimentne stene su relativno jednolični u odnosu na uslove u kojima se stvaraju magmatske i metamorfne stene. Temperature su niske i variraju od oko -40 do + 800C. Pritisci su oko 0,1 do nekoliko desetina MN/m2.

Za razliku od magmatskih i metamorfnih stena, koje su sve čvrsto vezane, sedimentne stene imaju svoje čvsto vezane, poluvezane i nevezane predstavnike. Kod čvrstovezanih sedimentnih stena vezivo je neka vrsta mineralne materije. Poluvezane su one kod kojih se fragmenti drže na okupu opnenom vodom (glina i lapor), ili CaCO3

mineralnom materijom (les). Nevezane sedimentne stene nemaju koheziju, a zrna se drže na okupu samo silama trenja (pesak).

4.2.1. Postanak sedimentnih stena

Sedimentne stene postaju delovanjem odredjenih prirodnih procesa na postojeće stene: magmatske, metamorfne, sedimentne. Ti proces su: fizičko-hemijsko raspadanje postojećih stena; transport raspadnutog materijala; sedimentacija ili odlaganje pokrenutog materijala. Ostvarenjem nabrojana tri procesa formirana je sedimentna stena, a u izvesnim uslovima može u dugotrajnom postojanju tako nastale stene doći do tzv. dijagenetskih izmena tj. njenog očvršćavanja.

54

Proces fizičko-hemijskog raspadanja već postojećih stena se odvija u površinskoj zoni terena i traje relativno dugo. Fizičkim raspadanjem stena vrši se njihovo usitnjavanje u sve sitnije i sitnije delove. Usistnjavanje nastupa kada se dejstvom neke sile prekorači čvrstoća stene koja se raspada. Sile koje to izazivaju su unutrašnje (endogene) i spoljašnje (egzogene). Unutrašnje potiču od odredjenih aktivnosti koje se dogadjaju u samoj Zemlji, npr. tektonska aktivnost. Za fizičko-hemijsko raspadanje mnogo su važnije spoljašnje sile tj. one koje deluju u plitkom površinskom delu Zeljine kore. Najuticajnije su sile prouzrokovane procesom mehaničkog delovanja vode, delovanjem vetra na postojeće stene, insolacijom, kristalizacijom soli, mržnjenjem vode, rastom korenja biljnog sveta.

Delovanjem vode u potocima, rekama, jezerima i morima, glečerima u hladnim područjima, kao i uticajima vetra pre svega u pustinjskim predelima, vrše se intenzivni uticaji na stene i njihova erozija. Ti uticaji dovode do njihovog mehaničko razaranja i stvaranja sitnih fragmenata. Od njih u daljem procesu nastaju sedimentne stene.

Razlike u temperaturi u toku jednog dana mogu biti i više desetina 0C. To utiče na pojedine minerale da se brže zagrevaju i šire u odnosu na druge. Obrnuto je pri hladjenju, neki minerali se brže hlade i skupljaju u odnosu na druge. Procesi nejednakog širenja i skupljanja minerala izazivaju nastanak mikroprslina na kontaktima pojedinih zrna ili unutar tih zrna. Time se olakšava dalji proces dezintegracije stene.

Mržnjenjem vode u stenama nastaju sočiva leda. Pri tome led može delovati na zidove stena velikim pritiskom, do 200 MN/m2 . Naprezanje nastupa usled povećanja zapremine leda, u odnosu na vodu i to povećanje zapremine iznosi 1/11 početne zapremine. Uticaj leda je naročito izražen u stenama kapilarne poroznosti, u kojima se stvaraju ledena sočiva, koja se pri dugotrajnom delovanju mraza povećavaju, usled privodjenja nove količine vode u zonu smrzavanja. Time se mržnjenjem, kada se temperatura povisi iznad kritične i topljenjem leda, bitno menjaju vodnofizička svojstva stenske mase. To pogoduje procesima dezintegracije stena. U čvrsto vezanim stenama sa superkapilarnim tipom poroznosti, uticaj mraza je od lokalnog značaja i može potpomoći krajnjoj dezintegraciji duž pojedinih pukotina po kojima je stenska masa oslabljena nekim drugim procesima. U tim stenama uticaj leda je manji, u odnosu na stene sa kapilarnim tipom poroznosti, zbog toga što voda po pravilu ne zapunjava celu makroporu u zoni dejstva leda, a i zbog toga što su te stene otpornije-čvršće.

Kristalizacijom soli takodje se vrši dodatno naprezanje na zidove: pukotina, naprslina, na mineralna zrna, zavisno od toga gde so kristališe. Pritisci usled kristalizacije soli mogu iznositi do 100 MN/m2 .

Rastom korenja visokih vrsta biljnog sveta vrši se mehaničko proširenje pukotina i razaranje stena uopšte. Nekada je i takvo delovanje dovoljno da se pojedini blokovi odvoje od matične stene i da se obrušavaju niz strme padine i litice. Pritisci koje može izazvati korenje mogu iznositi do 1,5 MN/m2. Takodje i životinjski živi svet, u manjem obimu, vrši razaranje stenske mase kao npr. školjke "svrdlare" u morima. Neki živi svet uzima iz stena njima potrebne mineralne materije. Pojedini živi organizmi su naročito aktivni u pedološkom sloju.

Hemijsko raspadanje je u direktnoj vezi sa hemijskim raspadanjem primarnih minerala koji izgradajuju stene. O tom procesu je dovoljno napisano u odgovarajućim poglavljima minerala. Ono što je naročito značajno sa stanovišta hemijskog raspadanja stena, jeste to da prevodjenje primarnih mineralnih vrsta u sekundarne pogoduje stvaranju materijala za obrazovanje sedimentnih stena. Osnovni vid hemijskog raspadanja stena je njihovo rastvaranje u vodi. Tako nastaju hemijski rastvori. U pogledu rastvorljivosti vrlo

55

brzo se u vodi rastvara mineral halit, zatim sulfati pa tek onda minerali iz grupe karbonata. I pored toga najmanje podzemnih šupljina-pora, u različitom obliku, ima u soli i sulfatima, a najviše ih ima u karbonatima. Razlog tome je što se halit i sulfati, u sklopu terena, ponašaju kao plastična tela pa je u njima veoma malo pukotina i drugih vidova prekida materijalnog jedinstva stenske mase. Sa karbonatima je drugačije. Oni se u sklopu terena ponašaju kao krta tela i pod djestvom tektonskih sila pucaju. Duž tih diskontinuiteta je povećano kretanje podzemne vode i njen rastvarački uticaj. Zato su u njima česti podzemni karstni oblici.

Raspadanje stena je najintenzivnije na površini terena. Sa dubinom intenzitet tog procesa se smanjuje. Izmenjene stene, usled procesa fizičko-hemijskog raspadanja, sačinjavaju tzv. koru raspadanja. Njena debljina je različita u različitim vrstama stena. Debljina zavisi i od morfoloških oblika terena na kojima se odvija proces raspadanja, kao i vremena u kome se to odvija. Na prostranim zaravnjenim platformama, ili drugim zaravnjenim morfološkim oblicima, gde nema odnošenja-spiranja raspadnutog materijala, kora raspadanja je po pravilu deblja i ima sve svoje podzone. Na strmim dolinskim stranama se vrši intenzivno odnošenje raspadnutog materijala pa je kora raspadanja znatno tanja. Duž raseda ili većih pukotina hemijsko raspadanje se odvija do većih dubina, nekada je to nekoliko stotina netara.

Transport raspadnutog materijala se odvija na kopnu dejstvom gravitacije, u vodenoj sredini, lednikom i vetrom. Kada prenosna moć agensa oslabi prestaje dalje pomeranje i prenošenje raspadnutog materijala i dolazi do njegovog istaložavanja. Prvo se istaložuju nakrupniji fragmenti (šljunak), a najdalje se transportuju-prenose, najsitnije čestice raspadnutog materijala (mulj). Odlomci koji se transportuju u vodenoj sredini se kotrljaju, taru po dnu vodene sredine ili jedan o drugi, zadobijaju zaobljene ivice i usitnjavaju se. Drugačije je kod odlomaka koji se transportuju na suvom ili lednikom. Oni imaju nezaobljene ivice i po tome se lako prepoznaju. Raspadnuti materijal stena se u lednicima nalazi po njegovom obodu i u njegovoj unutrašnjosti. Brzina kretanja lednika je različita: na Himalajima se oni kreću brzinom 1.300 m/god, na Alpima 150 m/god.

Sedimentacija-taloženje ili odlaganje materijala raspadnutih stena se dešava kada oslabi prenosna moć transportnog sredstva, ili kada je rastvor prezasićen. To se dogadja:

• Na delovima padine, ili u njenom podnožju, gde prestaje gravitaciono pomeranje,

• U vodenoj sredini kada voda više ne može da pomera fragmente ili ona sama dospeva u uslove relativnog mirovanja,

• Na mestima gde vetar slabi i ne može više da pomera pojedine fragmente stene,

U područjima gde se lednici zaustavljaju. Taloženje iz pravih jonskih rastvora, npr. nastanak krečnjaka iz

kalcijumbikarbonata, nastupa iz više razloga. Najvažnije je da iz bilo kog razloga dolazi do prekoračenja rastvorljivosti mineralne materije u vodi. Do toga može doći: usled privodjenja dodatne količine mineralne materije u vodu; dospeća u rastvor neke nove komponente; uklanjanja one koja je bila u rastvoru koja je povećavala rastvorljivost. Osim toga taloženju može doprineti isparavanje rastvarača, promene temperature i pritiska.

U aridnim-pustinjskim predelima glavno transportno sredstvo je vetar. Njegovim delovanjem nastaju erozioni oblici, a na mestima gde prestaje prenosna moć vetra vrši se odlaganje-taloženje tog nošenog materijala, nastaju akumulacioni oblici (dine). Pustinjskim olujama vrši se kotrljanje krupnijih fragmenata stena, dok se sitnije nose zajedno sa vazdušnim strujanjima. Sitni fragmenti stena, prašina i sitni pesak, se mogu premeštati i po

56

nekoliko stotina km. Sada u svetu egzistiraju brojne pustinje sa svim odlikama pravog pustinjskog reljefa. U prošlosti klima se na Zemlji menjala. I naša pojedina područja su imala karakter stepa sa visokom travom u koje je vršeno intenzivno navejavnja sitnog peska i prašine. Tako su nastale značajne naslage sedimentne stene koja se naziva les i izgradjuje površinsku zonu terena Bačkog, Titelskog, Zemusnkog platoa i drugih oblasti.

Izrazito veliku zastupljenost, u odnosu na sve druge genetske tipove sedimentnih stena, imaju one koje su nastale u vodenoj sredini. U njoj nastaju najveće količine kako klastičnih (klastos=odlomak) stena tako i organogeno-hemijskih sedimenata. Prema dubini sedimentacionog basena, mora i okeana, razlikuju se: neritska zona (do dubine 200m); batijalna (200-2000m); abisalna (dublja od 2000m). Značaj ovih zona je u tome što se u plitkovodnim oblastima najčešće talože krupnozrnije stene, a u dubljim sitnozrnije ili stene koje nastaju iz pravih jonskih rastvora. Iz toga proizilazi i još jedna činjenica, naročito važna sa stanovišta prakse, a to je:

- u dubokovodnim oblastima nataloženi su sedimenti koji imaju regionalno razviće;

- u plitkovodnim oblastima nataloženi su, ili se sada talože, sedimenti čije je rasprostiranje ograničeno na relativno malo područje.

Dijageneza-očvršćavanje sedimentnih stena se vrši na više načina. Nevezana zrna klastičnih sedimentnih stena se povezuju najčešće nekom mineralnom materijom. Ta povezujuća mineralna materija, po poreklu, može biti:

a) od prethodno rastvorene mineralne materije od koje su nastali i sami fragmenti; b) od naknadno unete mineralne materije izmedju fragmenata; c) od iste mineralne materije koju sačinjavaju fragmenti i to procesima naknadnog

rastvaranja pa potom iskristalisavanja oko fragmenata. U pogledu vrste veziva ona mogu biti različita. Najčešća prirodna veziva su

silicijska, karbonatna i glinovita. Silicijska su najčvršća. Na ukupnu čvrstoću dijagenetski očvrsle stene, pored vrste veziva utiče i način vezivanja. Naime, zrna se mogu povezati samo na medjusobnim kontaktima, ili čak ne moraju biti sva vezana. Kada ima dosta vezujuće materije ona može obaviti cele fragmente ili u najboljem slučaju popuniti sve pore koje se nalaze izmedju fragmenata.

Kod poluvezanih stena, glina i lapor, očvršćavanje se vrši tako što se ustvari one isušuju. Time se smanjuje količina vode oko glinovite čestice, a neka vrsta kohezije se povećava. Zapaža se da je kohezija u ovim stenama promenljiva veličina, da zavisi od vode, pa se u odredjenim analizama mora obazrivo uzimati u obzir. Kada se dovoljno isuše glinovito-laporovite stene postaju tvrde, ali i sa naknadnim brzim i lakim upijanjem vode u sebe, što je takodje značajno. Isušene prelaze u glinac i laporac.

Do očvršćavanja sedimentnih stena može doći i rekristalizacijom postojećih komponenti u steni.

4.2.2. Sklop sedimentnih stena

Strukture sedimentnih stena su: klastične, kristalaste i amorfne. Klastične su karakteristične za one stene koje su izgradjene od odlomaka drugih stena. Odlomci mogu biti oštrih ili zaobljenih zrna, što najviše zavisi od genetsko-sedimentacionih uslova nastanaka stene. Kristalaste strukture su karakteristične za hemijske sedimentne stene kao što su npr. krečnjak, dolomit, gips i dr. Njih sačinjavaju kristalasta zrna. Amorfne

57

sedimentne stene su vezane za specifične uslove nastanka kao npr. kod naglo izlučenih silicijskih sedimenata (rožnac).

Sl.4.7. Oblici zrna i njihov raspored u prostoru, a) uglasta; b,c) zaobljena različito složena

Najvažnije vrste tekstura sedimentnih stena su slojevite, masivne, oolitske i brečaste.

Slojevita tekstura ima sloj kao osnovni sedimentacioni elemenat. Debljina slojeva može biti vrlo tanka, manja od 1 mm kada se naziva listastom, pa do više metara kada je bankovita bankovitim. Slojne površine, koje predstavljaju prekide u sedimentacionom ciklusu, mogu biti ravne, zatalasane, glatke, hrapave. U pojedinim slučajevima na njihovim površinama se mogu videti otisci kišnih kapi, tragovi usled vučenja nekog materijala, ispupčenja uled naknadne kristalizacije soli i dr. Vrsta materijala u svakom sloju, ili grupi slojeva, veličina i gradacija fragmenata i gradaciona slojevitost, kao i debljina slojeva, fosilni ostaci nekadašnjeg živog sveta, po pravilu sigurno ukazuju na sedimentacione uslove koji su vladali u datom sedimentacionom basenu.

Sl.4.8. Osnovne vrste slojevitostia) normalna; 2-peščar, glinac, krečnjak, b) kosa; 4 - transgresivna granica;

c) ukrštena;

Slojevitost može biti normalna, kosa i ukrštena. Sloj, ili grupa slojeva, iznad posmatranog sloja čini tzv. povlatu sloja. Podinu posmatranog sloja čini sloj, ili više slojeva, koji se nalaze ispod njega. Normalno je da su stariji slojevi donji, a mladji gornji. Medjutim, naknadnim tektonskim procesima uZemljinoj kori mogu slojevi iz normalnog oblika biti prevedeni u prevrnuti.

58

Slojevi, kao i drugi vidovi stvarnih prirodnih površina-planara: pukotine, rasedi, ravni škriljavosti, folijacija, klivaž i dr., mere se i predstavljaju elementima pada (Ep). Elemente pada sloja čini azimut pada i padni ugao. Prvi ugao je direkcioni ugao, može imati vrednosti 0-3600 i označava, u prvoj projekciji, ugao koji zaklapa nagibnica sloja sa pravcem Zemljinog severa. Pravac merenja je u smeru kazaljke na časovniku. Drugi ugao predstavlja otklon nagibnice od horizontalne ravni. Može imati vrednosti od 0-900.

Često se u prirodi nalaze sedimentne stene masivne teksture. Kod njih je raspored sastavnih elemenata haotičan, nema nikakve pravilnosti i uredjenosti u prostoru.

Oolitične teksture su tipične po tome što ih čine oolitice-loptice sastavnih elemenata. U centru svake oolitice je po pravilu neko mineralno zrno, ili fosil, oko koga je istaložavana mineralna materija. Tako je narastala svaka oolitica, a na njenom poprečnom preseku lepo se uočava zonarni raspored.

Brečaste teksture su nastale kao posledica tektonskih poremećaja i naknadnog vezivanja polomljenih fragmenata.

4.2.3. Klasifikacija i prikaz sedimentnih stena

Sve sedimentne stene se klasifikuju u pogledu geneze na tri grupe: klastične, hemijske i organogene.

Klastične stene

Nastaju sedimentacijom klastita (odlomaka) i najzastupljenije su sedimentne stene. Prema krupnoći i medjusobnoj vezanosti zrna, postoji više vrsta klastita (tablica br.4.2.).

Tablica br.4.2.: Podela sedimentnih klastičnih stena po veličini zrna koja ih izgradjuju

Drobina i breča su klastične sedimentne stene kod kojih su fragmenti krupniji od 2 mm i imaju oštre, nezaobljene, ivice. Najčešće nastaju padinskim procesima pa se i nazivaju padinska

Inženjersko - geološka grupa stena

Psefiti > 2(mm)

Psamiti 0.02-2(mm)

Alevroliti 0.002-0.02 (mm)

Peliti < 0.002 (mm)

Nevezane stene DrobinaŠljunak

Pesak Alevrit Mulj

Poluvezane stene

LesCrvenica

Glina Lapor

Vezane stene BrečaKonglometrar

Peščar Alevrolit GlinacLaporac

Tablica br.4.3.: Podela drobine i brečeprema veličini zrna

Naziv Veličina fragmenata (mm)

Blokovi veća od 1000Krupice 250-1000Vrlo krupna 100-250Srednje krupna 10-100Sitna 5-10Vrlo sitna 2-5

59

drobina, ili padinska breča. Izuzev toga poznate su i one koje nastaju tektonskim procesima pa su po tome i zadobile naziv. Kada su po sastavu pre-težno organskog porekla nazivaju se lumakele. Zbog relativno velike krupnoće fragme-nata (tablica br.4.3.), može se u drobini i breči makroskopskim metodama prepo-znati petrološki sastav fragmenata. U tom pogledu postoje: krečnjačke, mermerne, granitske, serpentinitske i dr. Vezivo, cement, koji povezuje fragmente može biti raznovrsno. Najčvršću vezu daje silicijsko vezivo, a najslabiju glinovito. Stene koje imaju karbonatno vezivo su zadovoljavajuće čvrste, pod uslovom da su takvi i fragmenti koji se vezuju (krečnjačke breče). Breče su masivne. Njihova čvrstoća najviše zavisi od petrološke vrste fragmenata, vrste veziva i načina povezivanja. Kod breča sa karbonatnim i silicijskim vezivom čvrstoća na pritisak varira od 100-150 MN/m2. Breče sa pojedinih lokalnosti služe za dobijanje vrlo lepih ukrasnih gradjevisnkih ploča. Kao takve najpoznatije su mermerne breče iz Ropočeva, osim njih dobre su krečnjačke i serpentinitske breče.

Šljunak i konglomerat su stene koje imaju zaobljena zrna prečnika većeg od 2 mm. Smatra se da je za potpuno zaobljavanje fragmenta stene potrebno da materijal bude nošen i kotrljan u vodenoj sredini na putu dugačkom 10-30 km. Zbog relativno velike krupnoće zrna u ovim stenama je moguće, makroskopskim metodamam prepoznati petrografski sastav stena. Obzirom da je šljunak nastao od transportovanog materijala u vodenoj sredini, to je moguće na bazi sastava šljunka tačno znati i sastav slivnog područja. Slivna područja su najčešće heterogena, u pogledu vrsta stena koja ih izgradjuju, pa su shodno tome šljunkovi i konglomerati takodje heterogeni. Samo retko šljunkovi su homogeni i tada su sastavljeni samo od jedne vrste stena ili jednog minerala. Prema mestu gde se obrazuju dobili su nazive: potočni, rečni, jezerski, morski, pustinjski.

Šljunak je odličan gradjevinski materijal. Povoljan je za izradu nasipa, drenaža, a naročito kao agregat betona. Za spravljanje svežeg betona koristi se mešavina više frakcija. Za to je povoljan šljunak koji je nastao od svih vrsta svežih magmatskih stena. Najvažnije je da u šljunku nema glinovito-prašinastih čestica, organskih materija, škriljavih stena ili listastih minerala, stena sa piritom i drugih nečistoća. Takodje nepovoljan je šljunak izgradjen od amorfne silicijske materije (opal, rožnac, jaspis) zbog stupanja u hemijsku reakciju sa kalcijskom komponentom iz cementa.

Tablica br.4.4.: Podela šljunka i konglomerata prema veličini zrna

Naziv Veličina fragmenata (mm)

Oblutice veće od 250Vrlo krupan 100-250Krupan 60-100Srednje krupan 10-60Sitan 5-10Vrlo sitan 2-5

60

Konglomerati su obično slojeviti. Petrografski sastav, vrste veziva, načini vezivanja su slični kao kod breča. Čvrstoća na pritisak konglomerata je od 50-120 MN/m2, a izuzetno kod onih koji imaju silicijsko vezivo i pretežno ih čine silicijska zrna, može biti i veća od 200 MN/m2. Za razliku od šljunka, kognlomerati imaju neuporedivo manju upotrebu u graditeljstvu.

Pesak i peščar su stene sa veličinom zrna 0,02-2 mm. Stepen zaobljenosti zrna zavisi od dužine njihovog transporta. Makroskopskim metodama ispitivanja, eventualno, se može prepoznati njihov mineralni sastav. Redje u peskovima je zastupljen samo jedan mineral i tada se nazivaju monomineralnim ili oligomiktnim. Češće, peskove izgradjuje više mineralnih vrsta, najčešće kvarc i muskovit i tada se nazivaju polimineralnim ili polimiktnim. Pored kvarca i muskovita često su u peskovima zastupljeni i drugi minerali, po pravilu oni koji su dosta fizičko-hemijski otporni, kao npr. cirkon, rutil, apatit, granat, magnetit, turmalin, zlato i dr. Prema najzastupljenijem ili najvažnijem mineralu, peskovi dobijaju svoje nazive npr. kvarcni pesak iz Rgotine (SiO2 ima preko 99,65%).

Prema krupnoći zrna razvrstavaju se u sledeće: krupnozrne 1-2 mm; srednje veličine zrna 0,5-1 mm; sitnozrne 0,02-0,5 mm.

Po genezi materijala, načinu transporta i sedimentacionoj sredini pesak se deli na: marinski, jezerski, rečni, eolski. Naročito velike količine peska su nastale u morskim uslovima taloženja, u pliocenoj periodi, sačuvane su do danas. Iz geoloških perioda starijih od pliocena, narotičo u pojedinim od njih ili njihovim odeljcima, zaostale su ogromne količine vezanog peska-peščara.

Pesak ima veliku primenu u gradjevinarstvu, livačkoj industriji i industriji stakla, služi za dobijanje pojedinih vrsta korisnih mineralnih sirovina. U gradjevinarstvu se najviše koristi za spravljanje maltera. Krupnozrniji se koriste za zidanje, a sitnozrniji za malterisanje. Za te potrebe najbolji je pesak Dunava, Drine, Morave i drugih većih reka. Pesak mora biti čist, bez prisustva značajnijih količina limonita, gline, prašine i organskih materija. Upravo pojedine od tih komponenti su vrlo često zastupljene u eolskim, jezerskim i prekvartarnim peskovima pa se oni ocenjuju kao nepovoljni. U livačkoj industriji pesak se koristi za kalupe. U industriji stakla su najstroži kriterijumi u pogledu mineralne zastupljenosti kvarca i čistoće. Za to je neophodan kvarcni pesak sa učešćem silicije preko 98%.

Peščar je vezani pesak nekim prirodnim cementom. Cementi mogu biti uneti u stenu singenetski, kada je nastala i sama stena ili postgenetski. Najčešće su peščari slojeviti, redje masivni. Mineralni sastav, veličina zrna, nazivi su identični peskovima. Čvrstoća na pritisak im je najčešće u granicama 100-180 MN/m2. Kod kvarcnih peščara sa silicijskim vezivom može dostići vrednosti i do 340 MN/m2 . Zapreminska težina im je 22-27 KN/m3. Imaju poroznost u iznosu 0,3-17% što je znatno više nego kod magmatskih stena.

Boja peščara je najčešće siva, žuta, crvena (permski peščar), crna, bela. Primena im je raznovrsna: za temelje objekata, stepenike, spoljnu dekoraciju zgrada, potporne stubove, nasipe i dr.

Les je peskovito-prašinasta stena, eolskog porekla. U njegovoj gradji dominantni minerali su kvarc (50-70%), feldspati i kaoliski minerali (10-20%), liskuni i kalcit (2-30%). Zrna krupnija od 0,1 mm učestvuju sa oko 20%, zrna veličine 0,1-002 mm sa oko 70% i zrna sitnija od 0,002 mm sa oko 10%. Stena je poluvezana, a vezivo je

61

kalcitska komponenta. Poluvezana je, jer su kohezione sile medju zrnima slabe, pa u slučaju njegovog dospeća u vodu, ili prodora vode u njega i provlažavanja, dolazi do gubljenja kohezije i razaranja primarne strukture lesa. Do toga dolazi usled rastvorljivosti karbonatne komponente i delovanja kapilarnih napona.

Sl. 4.10. Profil terena na lokaciji reyervoara Tatarsko brdo-Novi Sad,l-horizonti lesa; pz-"pogrebena Zemljia "

Fizičko-mehaničke karakteristike lesa su sledeće: veličina čestica je najčešće u granicama 0.01-0,05 mm. Stepen ujednačenosti zrna U = d10/d60 je manji od 5. Zapreminska težina lesa u prirodno vlažnom stanju je 13,9-19,5 kN/m3, a u suvom stanju 11,5-17,8 kN/m3. Na naknadno provlažavanje je osetljiviji les manjih vrednosti zapreminske težine. Ima veliku ukupu poroznost, 30-50%. Koeficijent filtracije je veći u vertikalnom pravcu (K>10-5 m/s) nego u horizontalnom. Les je prljavo žute boje, sa jasno izraženom makroporoznošću.

Unutar naslaga lesa nalaze se tzv. "pogrebene zemlje". Njihova debljina je najčešće oko 1 m. Ukupna debljina lesa, sa horizontima "pogrebene zemlje" kod nas je do 40 m, u Kini do 400 m. Po mineralnom sastavu "pogrebena Zemljia " se ne razlikuju mnogo od pravog lesa, stim što je nešto više glinovite komponente. Pogrebene zemlje su

62

braon-crvene boje, po tome se jasno razlikuju od pravog lesa i one ustvari predstavljaju produkte raspadanja lesa, u njegovoj površinskoj zoni, za vreme prekida u navejavanju i donošenju novih horizonata. Prema istraživaču Gorjanoviću maksimalan broj "pogrebenih zemalja" može biti sedam. Najčešće na lesnim odsecima se jasno zapaža 1-3 "pogrebene zemlje". U podinskoj zoni lesnih horizonata, u manjoj količini i duž pojedinih pukotina i kaverni po celoj debljini lesa, obrazuju se nagomilanja karbonatno-glinovitog sastava koja se nazivaju lesnim lutkicama. One sastavu najviše odgovaraju laporcima, najrazličitijih su oblika, pa su po tome i dobile naziv. Nastale su tako što voda, krećući se kroz les, rastvara CaCO3 komponentu iz lesa, a potom se ponovo karbonat istaložuje iz vode i očvršćava zajedno sa prašinasto-glinovitom komponentom.

Les ima jedno vrlo važno i korisno svojstvo da je na obodima lesnih platoa, ili u iskopima, nagib kosina relativno stabilan i kada su one skoro vertikalne. Ustvari često su u lesu prisutne vertikalne pukotine koje potpomažu obrušavanju pojedinih blokova, zatim moguće je da dodje do naknadnog provlažavanja čime se stabilnost umanjuje. Pored toga bitna je dužina vremenskog perioda u kom se razmatra stabilnost prirodnih i veštačkih kosina, kao i stepen stabilnosti koji se zahteva.

Les se koristi u industriji gradjevinkog materijala kao odličan materijal za izradu: cigle, blokova i crepa.

Grupi alevrita pripadaju još prašina (alevrit) i vezana prašina (alevrolit).

Glina je veoma značajna jer često izgradjuje teren na kome se grade objekti, a takodje ima veliki praktični značaj u industriji gradjevinskog materijala. Nastaje uglavnom raspadanjem primarnih alumosilikata. Prema vodećem mineralu koji gradi glinu naziva se kaolinitska, monmorionitska i ilitska. U glini često ima uklopaka i drugih minerala, peskovitih zrna, limonita, organskih materija. Tada su gline nečiste. Pored mineraloške klasifikacije gline se često dele na: ilovače koje su posne gline sa velikim sadržajem peska i kalcijum karbonata; umu u sebi sadrži dosta magnezijuma; laporovita glina ima CaCO3 u iznosu 5-15%; porculanska glina je masna mlečnobele do sivobele boje, visoko vatrostalna. Prema mestu postanka gline se dele na rečne, barske, jezerske i marinske.

Fizičko-mehanička svojstva glina su vrlo različita u zavisnosti od vodnofizičkih svojstava, u manjoj meri i zavisno od mineralne vrste. Stoga su date orijentacione vrednosti koje su dobijene na nekim uzorcima aluvijalne gline: specifična težina oko 25-27 kN/m3; zapreminska težina suvog uzorka oko 12-15 kN/m3, a prirodno vlažnog uzorka oko 16-20 kN/m3 ; vlažnost uzorka u prirodnom stanju oko 16-51%, na granici tečenja oko 36-65%, vlažnost uzorka na granici plastičnosti oko 22-39%; kohezija 5-35 kN/m2; ugao unutrašnjeg trenja 15-250; modul stišljivosti 5-10 MN/m2 , Ckd izmedju 1.000-3.000 kN/m2.

Glina ima veliki praktični značaj u industriji gradjevinskog materijala. Glavna je sirovina za dobijanje blokova, crepa, cigle, keramičkih pločica. Pored toga, koristi se za isplaku pri bušenju i zaptivnom injektiranju stenskih masa u procesu poboljšanja svojstava terena.

Glinac je dijagenetski očvrsla glina. Po pravilu je slojevite teksture. Lako se raspada pod dejstvom površinskih uticaja.

Lapor je poluvezana stena u kojoj pored glinovite komponente ima CaCO3 u iznosu 35-65%. U kori raspadanja lapor je žućkaste boje, a dublje, u svežim masama je sive ili crvenkaste boje. Po fizičko-mehaničkim svojstvima i bitnim karakteristikama srodan je glini.

63

Dijagenetski očvrsli lapor se naziva laporac. Najčešće je slojevite teksture, podložan uticajima površinskog raspadanja. U industriji gradjevinskog materijala koristi se cementni laporac za dobijanje cementa.

Mulj izgradjuju najsitnje čestice. Po prirodi sedimentecionog procesa, iz rastvora koji sadrži klastična zrna, zadnje se obaraju te sitne čestice koje daju mulj. U mineraloškom pogledu pretežno ga grade gline. Sitne čestice mulja imaju veliku specifičnu povšrinu i za sebe vežu relativno veliku količinu vode. Takodje pripadaju grupi stena sa najvećom ukupnom poroznošću koja iznosi i do 80%.

Dijageneza mulja je dugotrajan proces. Zbog toga, kao i velike poroznosti, velikih sleganja, nestabilnosti i slabe-skoro nikakve nosivosti, mulj je izrazito slaba stena za fundiranje objekata. Veoma nepovoljan je u agregatu za beton i malterima. Nepovoljnost je u tome što mulj, ako ga ima, obavija zrna peska, šljunka, drobljenika i sprečava adheziju tj. povezivanje mineralnih zrna sa vezivom-cementom. Prema našem standardu u krupnom agregatu za spravljanje betona može maksimalno biti 5% muljevitih sastojaka, u sitnom do 1%. U agregatu koji se dobija drobljenjem, muljevitih sastojaka sme da bude više za 50% nego u prirodnom nedrobljenom.

Hemijske i organogene sedimentne stene

Hemijske stene su nastale iz pravih jonskih rastvora. Najvažnije stene hemijskog porekla su: gipsit, anhidrit, bigar, mermerni oniks, kamena so i led.

Gipsit i anhidrit se često nalaze udruženi ili u partijama koje se medjusobno smenjuju. Obe stene, kao i kamena so-halit, su monomineralne stene i sva bitna svojstva tih stena su istovetna svojstvima minerala.

Bigar je hemijski sediment koji nastaje istaložavanjem CaCO3 iz kalcijum-bikarbonata. To se obično dešava na izvorima, u rekama i jezerima. Biljni svet kao i proces intenzivnog raspršivanja vode na vodopadima, pogoduju oslobadjanju CO2 i taloženju kalcijumkarbonata. Bigar je izrazito porozna stena bele, žućkste i crvenkaste boje. Lak je, dobro provetriv. Dobar je zvučni i toplotni izolator. Kao takav dobar je gradjevisnki kamen za zidanje pojedinih delova zgrada, minareta i dr. Male je čvrstoće pod pritiskom 3-15 MN/m2. Otporan je na djestvo mraza zbog prisutne makroporoznosti.

Mermerni oniks je takodje CaCO3 stena. Nastaje iz toplih voda, redje iz hladnih. Glavni mineral koji ga izgadjuje je aragonit i to najčešće u vidu izduženih zrna. Naročito lepi mermerni oniksi su oni kod kojih se zonarno smenjuju različite boje (žute, plave, crvene, bele i dr.). Oniks se dobro glača i polira i naročito do lepog izražaja tada dolaze zonarno gradjeni i različito obojeni. Zbog toga se mermerni oniks ubraja u najkavalitetniji ukrasni gradjevinski kamen. Najviše se koristi za izradu ukrasnih ploča različitih dimenzija, u manjoj meri kao skulptorski kamen.

Organogeni sedimenti su nastali taloženjem ostataka životinjskog i biljnog sveta. Zbog toga su podeljeni na zoogene, koje su nastale sedimentacijom skeleta i ljušturica životinjskog sveta, a fitogene su nastale sedimentacijom stabala, grana, lišća, polenovog praha i drugih delova i sastojaka biljaka.

Krečnjak je zoogena sedimentna stena koja ima veliko rasprostranjenje. U nekim područjima cele geološke formacije su izgradjene od krečnjačko-dolomitskih stena. Krečnjak je nastao od fosilnih ostataka, ljuštura i skeleta, mnogobrojnih vrsta morskih i jezerskih životinja: brahiopoda, amonita, korala, numulita, cefalopoda, litotamnija. Manje količine krečnjaka nastaju kao hemijski talozi.

64

Retko su krečnjaci čisti. Obično se smenjuju sa dolomitima i sadrže minerale gvoždja, gline, organske materije, zrna peska i dr. Tekstura im je masivna ili slojevita. Prema zastupljenosti glinovite i CaCO3 kompo-nente postoji više vrsta krečnjačko glinovitih stena (tablica br.4.5). Prema učešću CaCO3 i (Ca,Mg)CO3

postoji više vrsta krečnjačko dolomitskih stena (tablica br.4.6. ).

Krečnjaci su najčešće belo-žute boje. Kada u svom sastavu imaju primese gvoždjevih oksida obojeni su crveno. Usled prisustva organske materije oni mogu biti nijansi crne boje. Često su u krečnjacima zastupljene kvrge i druga manja ili veća nagomilanja, rožnaca što se ocenjuje kao nepovoljno. Čvrstoća na pritisak krečnjaka je od 20-295 MN/m2. Zapreminska težina im je 21-28,7 kN/m3. Ukupna poroznost varira od 0,3-27%. Abanje je relativno veliko i iznosi 10-70

cm3 /50 cm2, najčešće 16 cm3/50 cm2. U pojedinim područjima krečnjaci su intenzivno karstifikovani. Time su na površini nastali brojni površinski oblici (škrape, vrtače, uvale, karstna polja), a ispod površine terena podzemni oblici (karstni kanali, pećine).

Krečnjaci imaju vrlo veliku primenu u gradjevinarstvu. Koriste se kao lomljen i drobljen kamen, za zidanje, za izradu ploča, kao agregat za beton, mineralna sirovina za kreč. U crnoj metalurgiji se

koriste za topljenje ruda. U poljoprivredi služe za djubrenje zemljišta. Veliku i raznovrsnu primenu imaju i u hemijskoj industriji.

Dolomiti su najčešće nastali domomitizacijom krečnjaka i u terenu se, po pravilu, smenjuju partije jedne ili druge vrste stene. Po genezi, sklopu, fizičko-mehaničkim i tehničko-tehnološkim svojstvima veoma su slični krečnjacima.

Rožnac je silicijska stena nastala sedimentacijom ostataka skeleta radiolarija. Po hemijskom sastavu je SiO2. Nalaze se u većim količinama u tzv. dijabaz-rožnoj formaciji, takodje u krečnjacima i dolomitima u obliku kvrga, često u vidu tankih slojeva i sočiva. Boja im je vrlo različita: sivobela, crvena, crna, zelenkasta.

Kaustobioliti su fitogene i zoogene sedimentne stene koje gore kada se zapale. Čine ih ugljevi, nafta, asfalt, bitumijski škrljci.

Ugljeva ima više vrsta. U tercijarnim stenama je nastao treset ugljenisanjem barskog bilja (trska, rastavić, mahovina). Odlikuje se niskom kaloričnom vrednošću (8,36-20,9 MJ/kg) i što je važnije sa stanovišta geotehničkih uslova izgradnje objekata imaju

GlineGline (%) Naziv stene CaCO3

(%)0-5 Krečnjak 95-1005-25 Laporoviti

Krečnjak75-95

25-35 Glinoviti Krečnjak

65-75

35-65 Laporac 35-6565-85 Glinoviti

laporac15-35

85-95 Laporoviti glinac

5-15

95-100 Glinac 0-5

CaCO3 x MgCO3

(%)

Naziv stene CaCO3

(%)0-10 Krečnjak 90-

10010-50 Dolomitski

krečnjak50-90

50-90 Kalcijski dolomit

10-50

90-100 Dolomit 0-10

65

Tablica br.4.6. Podela krečnjačko dolomijskih stena

Tablica br.4.5: Podela karbonatnoglinovitih stena

veliku poroznost i veliku stišljivost. Zapreminska težina mu je 9-12 kN/m3. Zastupljeni su u vidu slojeva debljine 1-3 m i to u smeni sa glinama, peskovima i ugljevitim glinama.

Mrki ugalj je srednje kalorične moći, do 30,1 MJ/kg. Nastaje ugljenisanjem trava, četinara, palmi i listopadnog drveća. Ugljenisanje traje u dugom geološkom vremenu. Medju mrkim ugljem razlikuju se lignit, običan mrki ugalj i sjajni mrki ugalj. Najznačajniji lignitski baseni, sa velikim površinskim kopovima lignita su na Kosovu, Kolubari, Kostolcu. Sjajni mrki ugalj se eksploatikše u Resavskim rudnicima, Aleksincu i Bogovini.

Kameni ugalj pri sagorevanju daje više toplote, do 33,4 MJ/kg. Nastaje ugljifikacijom mrkog uglja ili biljnog sveta. U ovoj vrsti uglja ostaci živog sveta se mogu videti samo mikroskopskim metodama ispitivanja. Sadrže ugljenika 80-90%. Većinom su paleozojske i mezozojske starosti. Kod nas ih je manje nego mrkog uglja. Eksploatišu se na Rtnju, Dobroj Sreći i Vrškoj Čuki. U vreme kada su u Dinaridima stvarane debele naslage krečnjačko-dolomitskih stena, u pojedinim značajnim industrijskim regionima su taložene debele naslage kamenog uglja kao npr. u Donjeckom basenu, Rurskoj i Sarskoj oblasti i dr.

Ugljevi su vrlo važno gorivo i industrijska sirovina za više stotina proizvoda. Nafta je prirodna, tečna, organska mineralna sirovina. Nastala je raspadanjem

biljnih i životinjskih ostataka i to pretežno od morskog planktona u plitkim zalivima. Plankton se taloži zajedno sa muljevitim česticama gline. Tako se stvara tzv. sapropelni mulj. i u njemu se složenim hemijskim izmenama stvaraju ugljovodonici, nafta i metan. Iz područja u kojima su nastali mogu migrirati u porozne stene i formirati sekundarna ležišta.

4.3. Metamorfne stene

Nastaju procesima metamorfizma već postojećih stena, u dubljim delovima zemljine kore. Taj proces se odvija pod dejstvom povišenih temeperatura i povećanih pritisaka, ili njihovim zbirnim uticajima. Procesi koji prate nastanak sedimentnih stena, a koji su takodje vezani za relativno niske temperature i male pritiske, ne ubrajaju se u metamorfne procese već u procese površinskog raspadanja ili oksidaciju stena. Povišene temperature, koje utiču na metamorfizam potiču od: povećanja temperature idući od neutralnog pojasa u dubinu shodno geotermskom gradijentu; intruzija magme; radioaktivnih procesa i tektonske aktivnosti. Pritisci su veći u dubljim delovima zemljine kore. Ako stenska masa, iz bilo kojih razloga, dospe iz plićih u te dublje zone vršiće se njeno prilagodjavanje tim novim uslovima, doćiće do metamorfizma stene. Pritisci mogu biti jednaki u svim pravcima i takvo naponsko stanje se naziva hidrostatičkim. Takvi uslovi su u dubokim delovima zemljine kore. U plićim delovima zemljine kore najčešće deluju usmereni pritisci - stres.

Metamorfizam se odvija u svim vrstama stena kada su one izložene zajedničkom dejstvu povišenih pritisaka i temeperatura ili njihovom pojedinačnom delovanju. Kada se vrši metamorfizam magmatskih stena novonastale metamorfne stene nazivaju se ortometamorfne, a kada se metamorfišu sedimentne nazivaju se parametamorfnim.

Mineralni sastav metamorfnih stena je veoma raznovrstan. Metamorfisanjem minerali menjaju svoj hemizam-prevode se u nove vrste, ili hemijski sastav ostaje isti, a minerali rastu i prelaze u vrste koje su stabilne na novonastalim termodinamičkim uslovima. U pogledu dejstva stresa razlikuju se tri grupe minerala. Prvu grupu čine minerali kojima stres potpomaže da se oni uvećavaju-rastu, drugi su oni kod kojih dejstvo stresa zaustavlja njihov rast i treći su indiferentni, na njih stres nema nikakav uticaj.

66

4.3.1. Vrste metamorfizma

Regionalni metamorfizam se odvija u uslovima povišenih pritisaka i temperatura. Dubina, na kojoj se proces odvija je velika, a kao posledica toga su metamorfisanja stena u velikim područjima-regionima.

Kontaktni metamorfizam se odvija na kontaktu magme i okolnih stena. Iz toga je jasno, da veličina područja u kome se odvija kontaktni metamorfizam zavisi od veličine magmatskog tela, temeperature tog tela, vlažnosti magme i vrste okolnih stena. Ipak, taj oreol kontaktno metamorfnih stena je mali u odnosu na regionalno metamorfne stene. Tako npr. na kontaktu granodioritske magme, sa okolnim stenama (pretežno peščari), na području Boranjskog granodioritskog masiva, pojas-oreol kontaktno metamorfnih stena (pretežno kornita) je širok oko 1 km.

Dinamometamorfizam se odvija u relativno uskim zonama uz rasede i rasedne zone. Izazvan je povišenim pritiscima i temperaturama pri aktivnosti procesa rasedanja.

Ultrametamorfizam je karakterističan za duboke delove zemljine kore i uslove kada zbog visokih temperatura (preko 6000C) dolazi do delimičnog ili potpunog stapanja svih vrsta stena koje pokretima dospeju u ta područja.

Retrogradni metamorfizam se odvija u stenama koje su tektonski pokretima, iz područja sa visokim pritiscima i temperaturama, dospele u područja sa nižim pritiskom i temperaturom. Prilagodjavanje novim uslovima odvija se retrogradno, tj. vrše se odgovarajuće izmene minerala i stena.

Prema dubini litosfere u kojoj se vrši metamorfizam, istraživači Grubenmann i Niggli su izvršili podelu na epizonu, mezozonu i katazonu. Epizona je najplića. U njoj je temperatura malo povišena, pritisak je uglavnom usmeren. Najvažniji minerali u metamorfnim stenama ove zone su: kvarc, kalcit, albit, aktinolit, sericit, hlorit, serpentnin, talk, epidot, coisit, granati, dolomit, magnetit i dr.

Mezozona se nalazi izmedju epizone i katazone. U njoj je stres slabiji, a hidrostatički-litostatički pritisak jak. Mineralni sastav stena mezozone je sledeći: kvarc, ortoklas, albit, kiseli plagioklasi, muskovit, biotit, hornblenda, granati, kalcit, magnetit, rutil i dr.

Katazona je najdublja. U njoj su temperature visoke, stres izostaje, hidrostatički pritisak je veliki. Mineralni sastav stena katazone je sledeći: kvarc, ortoklas, plagioklasi, olivin, pirokseni, granati, kordijerit, vezuvijan, andaluzit, silimanit, biotit, magnetit. U novije vreme podela metamorfizma se sve više vezuje za kvantitativno stanje napona i temperaturne opsege u kojima se vrše izmene stena. Time se vrši razvrstavanje na facije i prevazidjeni su odredjeni problemi koji su bili nerešeni kod podele na zone Grubenmanna i Nigglia. Pre svega misli se na to da je i u plitkoj i srednjoj zoni moguće imati pojedina područja, u kojima su izrazito povećani pritisci i povišene su temperature, zbog tektonskih, migracionih, radioaktivnih i drugih procesa koji se odvijaju uZemljinoj kori.

Mineralne facije (Sl.4.12.), po istraživaču Barthu, su: facija zelenih škriljaca (grinšist facija); epidot-amfibolitska facija; amfibolitska facija; granulitska facija i dr. Pored termodinamičkih uslova, za razgraničenje pojedinih facija je značajna i pojava karakterističnih mineralnih asocijacija. Tako je za granicu izmedju zelenih škriljaca i epidot-amfibolitsku značajna pojava biotita.

67

Sl.4.12. Facije metamorfnih stena, po Barthu

4.3.2. Sklop metamorfnih stena

Sklop metamorfnih stena uveliko zavisi od stepena metamorfizma i promena koje su izvršene na postojećim stenama. U tom pogledu novonastale, metamorfne, stene mogu biti takve da je delimično sačuvan sklop tih stena koje se menjaju, ili je taj proces toliko intenzivan da nastaju stene sa novim sklopom.

Kod intenzivnih izmena potpuno se gubi primarna struktura stene. Nastaju nove stene i nove strukture od kojih su najznačajnije sledeće: homeoblastične (granoblastična, lepidoblastična, nematoblastična), heteroblastične (porfiroblastična). Granoblastična struktura se odlikuje približno istom veličinom i oblikom zrna. Lepidoblastična se odlikuje prisustvom listastih minerala (liskun, hlorit, talk), a nematoblastična prisustvom izduženih-prizmatičnih minerala (hornblenda, augit, dijalag i dr.).

Kada je metamorfizam umeren tada su delimično sačuvane strukture postojećih stena, a delimično su formirane nove. Za takve stene uobičajeni su nazivi struktura primarnih stena, samo one zadobijaju prefiks blasto (blastoporfirska struktura, blastoofitska, blastopsamitska i dr.). Razlika izmedju primarne i novoformirane strukture je u tome što su neka zrna, ili sva, uvećavana procesima metamorfizma (blasteza je reč koja označava rast, uvećanje).

Osnovne teksture metamorfnih stena su: masivna, škriljava, trakasta, okcasta, ubrana, bobičava. Prema teksturi je i izvršena osnovna podela metamorfnih stena na masivne i škriljce. Masivne teksture su one kod kojih nema nikakvih pravilnosti rasporeda mineralnih zrna u prostoru. Minerali su rasporedjeni haotično. Škriljave teksture su one kod kojih je došlo do uredjenja sklopa, listasti minerali su rasporedjeni u ravnima škriljavosti i to tako da im je šira površina upravna na dejstvo pritisaka. Ravni škriljavosti su medjusobno paralelne, ali i sa čestim medjusobnim isklinjavanjima jednih u druge. Naročito je to slučaj kod ubranih tekstura, plisiranih, okcastih, kad su te stene isprekidane rasedima i smičućim pukotinama. Ubrane teksture su one kod kojih su ravni škriljavosti povijene. Kada su amplitude ubranih tekstura svega nekoliko mm nazivaju se plisiranim. Kod okcastih tekstura ističu se okca, nagomilanja najčešće kvarca ili feldspata, a oko njih

68

povijaju ostala mineralna zrna. Paralelne teksture nastaju: zbog naizmeničnog rasporeda zrnastih i listastih minerala; zbog naizmeničnog rasporeda tamnih i svetlih minerala; zbog naizmeničnog rasporeda krupnozrnih i sitnozrnih minerala.

4.3.3. Klasifikacija i prikaz metamorfnih stena

Metamorfne stene se klasifikuju, prema teksturi, na masivne i škriljce. U masivne spadaju: mermer, kvarcit, amfibolit i serpentinit. Škriljci se dele na škriljce višeg i nižeg stupnja kristaliniteta. Kod prvih se može markroskopskim metodama prepoznati mineralni sastav, tektustura im je škriljava. U škriljcima nižeg stupnja metamorfizma, ne može se prepoznati mineralni sastav makroskopskim metodama, tekstura je takodje škriljava. Najznačajniji škriljci su: gnajs, mikašist, argilošist, filit i vrlo velika grupa drugih škriljaca koji su naziv dobili prema vodećem mineralu u njima (hloritski škriljac, amfibolski, talkov i dr.).

Mermer je masivna stena nastala kontaktnim i regionalnim metamorfizmom kalcitskih i dolomitskih stena. Najčešće je kalcitska, redje dolomitska stena. Kod minerala dolomita, koji je nestabilan na visokoj temperaturi, hemijski proces dedolomitizacije se odvija tako da nastaje mermer (kalcitski), a magnezijumov oksid pri prijemu vode prelazi u mineralnu vrstu brucit.

CaCO3 x MgCO3 CaCO3 + MgO + CO2

Mermer najčešće nastaje metamorfisanjem u epizoni i mezozoni, redje i u katazoni zemljine kore. Strukture je granoblastične. Zbog uvećanja kalcitsko-dolomitskih zrna pri metamorfisanju stene, zrna se najčešće vide golim okom. To je jedan od bitnih elemenata za makroskopsko razlikovanje mermera od krečnjaka i dolomita. Kod krečnjaka, za koje je uobičajeno je da se definišu kao jedre stene, zrna se ne vide golim okom, kriptokrsitalasta su. Pored kalcita i dolomita u mermerima se često nalaze i sporedni minerali: kvarc, liskun (cipolinski mermer), hlorit, grafit, organska materija i dr. Najčešće je mlečno bele boje, ako je prisutna organska materija stena je nijansi crne. Pojedine primese mogu mermerima dati vrlo lepe boje slonove kosti, zelenkaste nijanse, sive, žute. Nasuprot tome prisustvo pojedinih nepoželjnih minerala u mermerima (npr. kvarc, muskovit) čini ih lošijim nego što bi bili bez njih.

Zapreminska težina mermera je 26,5-28,2 kN/m3 . Čvrstoća pod pritiskom može biti vrlo različita, 54-266 MN/m2 , najčešće oko 120 MN/m2. Ukupna poroznost je u granicama 0,3-4,3%, najčešće manja od 1%. Glačaju se lako i dobro.

Mermer ima veoma veliku primenu u gradjevinarstvu. Primena je kao i kod krečnjaka raznovrsna, ali najviše se upotrebljavaju za spoljašnje i unutrašnje ukrasno oblaganje zgrada (zidne i podne ploče), za izradu spomenika, u vajarstvu. Mermerne ploče se dobro glačaju, dugotrajne su, vrlo prijatne za posmatranje i kao takve su cenjen ukrasni kamen. Problemi na mermernim pločama mogu nastupiti kada se vrši promena prvobitne boje i sjaja glačanih površina. To nastupa kod mermernih ploča koje su sa većom količinom organske materije ili se nalaze u industrijskim područjima gde na njih utiču CO2 i H2S. Veliki kamenolom sa površinskom eksploatacijom kvalitetnih, belih u manjoj količini sivobelih, mermera je na Venčacu kod Arandjelovca.

Kvarcit je masivna metamorfna stena nastala uglavnom metamorfisanjem kvarca i kvarcnih peščara sa silicijskim vezivom. Osim kvarca, kao bitnog minerala, u njima se

69

mogu nalaziti i sporedni minerali: liskuni, hloriti, feldspati, gvoždjev oksid, granat i dr. Ako se poveća količina liskuna u njima, kvarciti postaju prelazne stene prema mikašistima; sa hloritima su prelazne stene prema hloritskim škriljcima; sa feldspatom su prelazne stene prema gnajsevima.

Tvrdi su, krti, oštrih ivica na prelomima, malo porozni. Čvrstoća pod pritiskom je najčešće oko 200 MN/m2 , varira u granicama 100-300 MN/m2 . Zapreminska težina im je od 25-26,8 KN/m3.

U terenu se najčešće javljaju u vidu kvarcnih sočiva unutar različitih vrsta škriljaca. Izrazito su nepovoljne stene za rad u njima. Kao gradjevinski materijal imaju malu i ograničenu primenu. Dinas kvarciti (čist kvarcit bez primesa) se koriste za izradu dinas opeka koje imaju primenu pri oblaganju topioničkih peći.

Serpentinit je masivna metamorfna stena zeleno-crne boje. Nastala je uglavnom od stena peridotitske i gabro magme koje kao bitne minerale sadrže olivin, piroksene i amfibole.

Zbog izrazito velike zastupljenosti pukotina i prslina serpentiniti se iverasto cepaju i mala im je primena kao gradjevinskog grubo lomljenog i redje tesanog kamena. Samo retko iz njih se mogu dobiti relativno veliki blokovi iz kojih se dalje mogu rezati ploče.

Ima ga u značajnim količinama u svim našim peridotitsko-serpentinitskim masivima (Zlatibor, Maljen, F.Gora itd.)

Amfibolit nastaje metamorfisanjem gabra i njemu srodnih stena. Sa tom stenom ima identičan mineralni sastav. Čvrst je i žilav. Čvrstoća mu je 200-370 MN/m2, zapreminska težina 28-31 KN/m3, poroznost obično manja od 1%. Upotrebljava se kao i sve sveže dubinske magmatske stene.

Škriljave metamorfne stene imaju veliki broj vrsta. Medju njima gnajs je jedna od značajnih stena, kako u pogledu rasprostranjenosti, isto tako i kao kvalitetan gradjevinski kamen. Po mineralnom sastavu je identičan granitu. Ima kvarca, feldspata, oba liskuna, redje hornblendu. Sporedni su epidot, hlorit, grafit, silimanit i dr. Akcesorni su cirkon, apatit, rutil, magnetit. Kvarca i feldspata ima do 85%, a njihov pojedinačni udeo je različit.

Stene od kojih nastaje gnajs mogu biti: granit, monconit, granodiorit, kvarcdiorit, peščari sa feldspatima (arkoza) i dr. I pored toga što je gnajs stena visokog stupnja metamorfizma česte su prelazne stene kod kojih je izvršen metamorfizam, ali su sačuvana obeležja i onih stena od kojih su nastali. Zbog toga postoji puno raznovrsnih naziva u ovoj grupaciji stena kao npr. granito-gnajs, sijenito-gnajs, škriljavi gnajs, kataklastični gnajs, silimanitski gnajs, distenski gnajs, grafitski gnajs, pelitski gnajs, augitski gnajs itd.

Podela gnajsa po veličina zrna je ista kao i kod granita. Najčešće su zrna izometrična, u pojedinim slučajevima neka su znatno veća od drugih kao npr. zrna kvarca i feldspata kod okcastih gnajseva.

Čvrstoća pod pritiskom je u granicama od 56-279MN/m2. Tako veliki raspon proizilazi iz mnogobrojnih vrsta gnajsa, još više od pravca ispitivanja u odnosu na površine škriljavosti. Najveće vrednosti su u slučajevima kada je pravac optrerećenja upravan na te površine. Ukupna poroznost je od 0,4-5,5%. Zapreminska težina mu je od 25,2-29,4 MN/m3. Raspadanje je slično granitima. Zbog svoje škriljave teksture brže se raspadaju nego graniti.

70

Upotrebna vrednost gnajsa, kao gradjevinskog kamena, zavisi od stepena njegove škriljavosti. Povoljniji su manje škriljavi varijeteti.

Od glina metamorfisanjem nastaju stene argilošist, filit i mikašist. Argilošist predstavlja prvi stadijum metamorfisanja glina, filit je sledeći, a mikašist zadnji. U argilošistu ima relativno malo svetlucavih minerala (sericita), u filitu izrazito dosta pa su mu površine sjajne. Po tome ih je moguće makroskopski razlikovati. Lako je zaključiti da su medju njima prelazi postupni i česti.

Mikašist je škriljac visokog stupnja metamorfizma. Ima iste minerale kao i gnajs, izostaje feldspat. Ukoliko u mikašistu izostanu liskuni on prelazi u kvarcite. Obrnuto, kada nema kvarca prelazi u škriljce sa imenom najzastupljenijeg minerala. Čvrstoća pod pritiskom mu je 30-50 MN/m2. Varijeteti sa veoma izraženom škriljavošču nemaju nikakvu primenu u gradjevinarstu. To isto važi i za druge škriljce.

Filiti su najčešće crne boje. Čvrstoća pod pritiskom im je manja od 30 MN/m2. Lako se cepaju u ploče i to paralelno ravnima škriljvosti. Kao lokalni geološki gradjevinski materijal često su upotrebljavani za pokrivanje pojedinih seoskih objekata. Velika je njegova zastupljenost u stenama tzv. drinskih paleozojskih škriljaca.

Argilošisti su prelazi izmedju glinaca i filita. Nemaju nikakav značaj kao gradjevinski materijal. Intenzivno i brzo se raspadaju delovanjem procesa površinskog raspadanja. Kao takvi daju dosta površinske raspadine u kojoj se mogu razviti drugi geološki procesi (spiranje, jaružanje, klizanje i dr.).

Postoje i druge mnogobrojne vrste škriljaca (biotitski, muskovitski, sericitski, hloritski, amfibolski i mnogi drugi). Imaju škriljavu teksturu i po pravilu su intenzivno ubrani i ispucali. Svi su bez ikakvog značaja kao gradjevinski kamen. Takodje, veoma su podložni uticajima površinskog raspadanja i kao takvi daju koru raspadanja stena koja je pogodna za razvoj drugih savremenih geodinamičkih procesa u terenu.

71

72

5. FIZIČKO-MEHANIČKO-TEHNOLOŠKA SVOJSTVA STENA

5.1. Fizička svojstva

5.1.1. Osnovna fizička svojstva

Osnova fizička svojstva stenskih masa su: specifična i zapreminska težina, poroznost i vlažnost. Ta svojstva imaju veliki praktični značaj pri oceni geotehničkih uslova za izgradnju različitih objekata, oceni stabilnosti veštačkih nasipa i prirodnih padina, upotrebi stena kao gradjevinskog materijala itd. Vlažnost je naročito značajna kod poluvezanih i nevezanih stena, a mnogo manje kod čvrsto vezanih stena.

Svaka stenska masa se sastoji iz čvrste mineralne materije i pora koje mogu biti zapunjene vodom ili vazduhom. Prema tome stene su izgradjene od čvrste, tečne i gasovite komponente. Većina čvrsto vezanih stena, naročito magmatskih i pojedinih vrsta metamorfnih stena, poseduju poroznost pukotinskog tipa dok su monolitni delovi bez poroznosti.

Kada su poznati zapremina stene (V), zapremina mineralne komponente (Vs), zapremina pora (Vp), zapremina vode u porama (Vw), zapremina vazduha u porama ( Va), zapreminska težina stene (W), težina mineralne komponente stene (Ws), težina vode u porama (Ww), moguće je odrediti najvažnija fizička svojstva stene.

Težina stena

Specifična težina stene je težina mineralne materije, Ws (bez vode i vazduha) jedinične zapremine, Vs.

sV

sW

s=γ (kN/m3)

73

Zavisi isključivo od težine minerala koji stenu izgradjuju. U tom pogledu, teže su stene koje izgradjuju magnezijsko-gvoždjeviti minerali, nego one koje izgradjuju kalijsko natrijski. Najčešće vrednosti specifičnih težina stena su od 26-28 kN/m3 (Tablica br.5.1). Kod čvrstih stena specifična težina je praktižno identična težini monolita, ukoliko su oni bez pora. Sa povećanjem pukotinske ili druge poroznosti povećava se razlika izmedju specifične i zapreminske težine. Generalno posmatrano, u tom pogledu, magmatske stene imaju uglavnom malu poroznost (do 5%, koja je najčešće pukotinskog tipa). Poluvezane i nevezane stene imaju dosta pora pa im specifična težina može značajno varirati u odnosu na specifičnu.

Zapreminska težina stena u prirodno vlažnom stanju je težina stene jedinične

zapremine i to sa prirodnom vlažnošću i neporemećenom prirodnom strukturom . Može se odrediti merenjem sledećih veličina:

)3m/kN(aVwVsV

wWsW

V

Wn ++

+==γ

Zapreminska težina stene u suvom stanju je težina apsolutno suve stene, tj. težina stene posle njenog sušenja u sušnici. Pri tome ne primenjuju se nikakvi postupci kojima bi se narušio prirodni raspored zrna ili fragmenata u skeletu stene.

)3m/kN(

pV

sV

sW

d +=γ

ili

)n1(sd −γ=γ

Zapreminska težina zasićene stene je težina njene jedinične zapremine kad su sve pore zasićene vodom.

)3m/kN(

wV

sV

z,wW

sW

z +

+=γ

ili

Tablica br.5.1:Specifična težina stenaVrsta stene Specifična težina

γ s (kN/m3)Pesak 26,6Les 26,8Glina 27,3Argilošist 26,3-28,6Peščar 26,2-27,4Krečnjak 24-27,1Dolomit 27,4-28,2Vulkanski tuf 27,1-28,4Bazalt 28,2-29,5Porfirit 27-29,9Granit 26,7-27,2Piroksenit 31,5-33,2

74

wndz γ+γ=γ

Zapreminska težina potopljenog tla je težina tla u izdanskoj zoni.

wz' γ−γ=γ

Poroznost stenskih masa

Poroznost stenskih masa je njihovo svojstvo da poseduju pore: pukotine, medjuzrnske pore, kaverne i druge oblike šljupljina. Porozna stenska masa može biti zapunjena vodom ili vazduhom. U slučju da se pore naknadno zapunjavaju mineralnom materijom tada dolazi do smanjenja prvobitne poroznosti.

Dimenzije pora mogu biti različite, od onih koje se ne vide golim okom, već samo ako su uvećane, do onih koje su makroskopski viljive. Prema dimenzijama pora L.V.Pustovalov je predložio podelu na superkapilarne dimenzija većih od 0,5 mm, kapilarne od 0,5-0,002 i subkapilarne dimenzija manjih od 0,002 mm.

Kroz pore se kreće voda, gasovi, nafta. Poroznost utiče na pojedina značajna svojstva stena, pre svega na vodopropustljivost, čvrstoću i dr. U superkapilarnim porama voda se može kretati pod dejstvom sile gravitacije. U kapilarnim ona se kreće pod dejstvom kapilarnih sila, a u subkapilarnim sva voda je vezana za površine čestica molekularnim i elektrostatičkim silama.

Ukupna zapremina pora u jednoj steni, nezavisno od veličine pora i njihove povezanosti, čini ukupnu poroznost stene (n). Poroznost može biti: pukotinska; medjuzrnska; kombinovana npr. u peščarima i pukotinska i medjuzrnska. U grupi peskovito-šljunkovitih stena, osnovni tip poroznosti je medjuzrnski. Čvrsto vezane magmatske, metamorfne i pojedine vrste sedimentnih stena imaju kao osnovni tip pukotinsku poroznost. Redje su stene sa kombinovanim tipom poroznosti: pukotinskim i medjuzrnskim, npr. peščari kod kojih nije prostor izmedju zrna popunjen mineralnom materijom, a prisutne su i pukotine. Poroznost se izražava u procentima i predstavlja odnos:

(%)100V

pVn ⋅=

V=Vp+Vs

gde su:

Vp - Ukupna zapremina pora,Vs - Zapremina mineralne materije, stene,V - Ukupna zapremina stenske mase.

Poroznost se često predstavlja još jednim parametrom koji je nazvan koeficijent poroznosti. On predstavlja odnos zapremine pora i zapremine mineralne materije.

75

(%)100

sV

pVn ⋅=

e1

en

+= ;

n1

ne

−=

Veza izmedju koeficijenta poroznosti, specifične težine stene i težine uzorka u suvom stanju je sledeća:

d

dse

γ

γ−γ=

U hidrogeologiji, takodje u geologiji nafte i gasa, upotrebljava se pojam efektivne poroznosti. Predstavlja onaj deo poroznosti, u odnosu na ukupnu poroznost, iz koje se može odredjenim tehičko-tehnološkim postupcima crpljenja dobiti voda, nafta ili gas. Poroznost je promenljiva, kako u različitim vrstama stena tako i u istoj steni, zavisno od genetskih uslova, dispozicije u sklopu terena, naponskog stanja, prirodnih procesa rastvaranja, dijageneze i konsolidacije (Tablica br.5.2.). Merenjem težina uzorka može se izračunati poroznost:

s

dsnγ

γ−γ=

Procentualna zastupljenost pora u stenama je različita. U magmatskim, metamorfnim i pojedinim vrstama sedimentnih stena, poroznost je mala. Obično iznosi od dela procenta do 5%, redje više. Izuzeci su neke vrste lava i vulkanski tufovi kod kojih poroznost može dostići i više od 10%, npr. tuf iz Armenije, čija je poroznost 55-60%, koji je zbog toga našao vrlo dobru primenu kao termoizolacioni materijal u zgradarstvu. Medju sedimentnim stenama, veliku poroznost imaju neki peščari i organogeni krečnjaci, sa poroznošću od 35-45%.

Gline imaju veliku ukupnu poroznost, a malu efektivnu. U njima prisustvo pora može iznositi i više od 60%. Muljevi su stene sa najviše pora u sebi i do 80%. Naročito u stenama psefitske grupe (šljunčane stene), na iznos poroznosti, pored veličine zrna, utiče i složenost zrna u prostoru.

U stenskim masama, u sklopu terena, raspored pora nije ravnomerno rasporedjen. Najviše pora je u površinskoj zoni terena, u kori raspadanja, a sa dubinom količina pora i njihova veličina se, po pravilu, smanjuje. To se odnosi na sve vrste stena, stim što su smanjenja u čvrsto vezanim stenama uslovljena najviše smanjenjem ispucalosti stenske mase, a kod poluvezanih i nevezanih stena smanjenje procentualne zastupljenosti pora po dubini terena je uslovljeno povećanim naponima koji vladaju u terenu a time i boljom složenošću zrna i zbijenošću stene.

76

Tablica br.5.2.: Poroznost karakterističnih vrsta stena VRSTA STENE P O R O Z N O S T (%)

maximalna minimalna srednjaSEDIMENTNE STENESavremeni nanosi 90 80 80Mulj 89 76 80Glina 57 34 42Les 59 35 45Alevrit 34 61 46Pesak, sitnozrn 26 53 43Pesak, krupnozrn 31 46 39Pesak, Šljunkovit 25 30Šljunak, sitnozrn 25 38 34Šljunak, krupnozrn 24 36 28Peščar, stariji 26 1 11Peščar, mladji 42 2 20Krečnjak 34 0,2 5Dolomit 33 1,5 5,0Gipsit 6 0,1 3,0METAMORFNE STENEMermer 6 0,11 1,0Kvarcit 3,4 0,008 1,0Gnajs 2,4 0,3 1,0Amfibolit 1,1 0,9 1,0Škriljac-liskunski 10 0,49 4,0MAGMATSKE STENEGranit 1,9 0,02 1,0Porfirit 6,73 0,38 2,0

Vlažnost stena

Vlažnost stene predstavlja količina vode koja se nalazi u porama stene, ili steni uopšte, a može se iz nje odstraniti zagrevanjem na temperatur 105 0C. Sušejem se može odstraniti samo fizički vezana voda, ali ne i hemijski vezana koja učestvuje u gradji minerala.

Prirodna vlažnost stena nije konstantna vrednost, već je promenljiva u prostoru i vremenu. Vlažnost je zavisna od vrste stene, količine atmosferskih taloga, temperature i pritiska vazduha, takodje od mesta gde se ona nalazi u terenu i veze sa podzemnom vodom.

Vlažnost je važno svojstvo stena. Manje je važno kod čvrstih stena gde se poistovećuje sa tzv majdanskom vlagom. U poluvezanim i nevezanim, naročito sitnozrnim stenama, ovo svojstvo u velikoj meri utiče na osnovna fizička i inženjerska svojstva stena. Tako nrp. suve gline su faktički tvrda tela. Pri povećanju vlažnosti one postepeno gube svoju čvrstoću, prelaze u meko stanje, a zbog primanja u svoj sastav velike količine vode mogu preći u potpuno tečno stanje tj. mogu potpuno izgubiti čvrstoću.

77

Vlažnost stena je odnos težine vode, koja se nalazi u porama stene i težine suve stene. Kada je utvrdjena težina stene do sušenja u sušari i težina suve stene, posle sušenja, može se lako odrediti težina vode i vlažnost stene. Izražava se u procentima.

%100sWwW

w ⋅=

ili

%100sW

sWW

w ⋅−

=

Stepen zasićenosti Sr predstavlja količnik vlažnosti stene u prirodnom stanju i vlažnosti potpuno zasićenog uzorka.

(%)100satwn

w

rS ⋅=

5.1.2. Vodnofizička svojstva stena

Podzemna voda, koja zapunjava pore u stenskoj masi, vrši stalni uticaj na stene u kojima se nalazi, a takodje i stene utiču pre svega na hemizam podzemne vode i filtracione tokove. Podzemna voda utiče na procese rastvaranja stenske mase, mehaničku sufoziju, obrazovanje klizišta, utiče na površinsko raspadanje stenske mase i druge savremene geološke procese, bubrenje nekih vrsta stena, izmene čvrstoće stene i dr.

Vodopropustvljivost stena je svojstvo stena da propuštaju vodu kroz pore koje su prisutne u steni. U ispucalim stenama filtracija vode se obavlja duž pukotina, a u stenama medjuzrnskog tipa poroznosti voda prolazi kroz pore izmedju zrna. Ukoliko stena ima poroznost oba navedena tipa (npr. pešćar) filtracija će se obavljati i kroz medjuzrnske pore i duž pukotina. Kretanje vode se odvija pod dejstvom: sile zemljine teže; kapilarnih sila; osmotskih sila; električnog toka; isparavanjem; smrzavanjem i dr.

Vodopropustljivost čvrstih stenskih masa najviše zavisi od svojstava pukotina: dužine, zeva, pukotinske zapune, svojstava zidova pukotina, njihove medjusobne povezanosti. Isto tako kao što se podrazumeva da su ti monolitni delovi pratično nedeformabilni, da su kruti, isto tako se podrazumeva da su oni i vodonepropusni. Izuzetak u tome su monoliti unutar kojih postoje pore, najčešće singenetskog porekla, npr, šupljine usled zaostalih gasova u konsolidaciji magme i kada su te pore medjusobno povezane. U pojedinim podzonama, najčešće u površinskoj zoni terena, ili dublje duž rasednih zona, stenska masa može biti sa mnogobrojnim pukotinama, koje je dele u veoma sitne monolite. Za takav vid ispucalosti čvrstih stenskih masa, gde se održava laminarno tečenje, može se primeniti Darcy-jev zakon filtracije. Inače, zakon filtracije vode definisao za peskovitu sredinu.

78

Darsijeva brzina je: )s/m(KIA

Qv ==

gde su:v - Darsijeva brzina (m/s), Q - Proticaj vode kroz površinu A,

K - Darsijev koeficijent filtracije, I - hidraulički gradijent )dL

dHI( =

Vodopropustljivost kroz glinu, glinac, lapor i dr. slične stene je veoma mala i to su praktično vodonepropusne stene. U pogledu veličine koeficijenta vodopropustljivosti sve stene se mogu podeliti na vrlo propusne, propusne, polupropusne i nepropusne (Tablica br.5.3. ).

Ispitivanje vodopropustljivosti stena se vrši u laboratorijskim i terenskim uslovima. Za to su razvijene brojne metode ispitivanja. U terenskim uslovima najčešće se koriste metode koje su bazirane na:

− nalivanju vode u bušotinu,− upumpavanjev vode pod pritiskom

u bušotinu,− crpljenju vode iz bunara,− merenju gubitaka vode u tunelima i

probnim komorama, − merenju gubitaka vode iz

akumulacija.

Tablica br.5.4.: Gubici vode iz akumulacija na pregradnim profilima brana, po B.KujundžićuNaziv brane i akumulacije

Vrste stene u zoni temelja

Visina brane

Dužina brane

Zaprem. akumul.106 m3

Gubitakvodelit/s

Stevenson Creek (USA)

Granit 19 43 - 0,5

Chaudanne (Francuska)

Krečnjak 70 92 16 2,5

Schrach (Švajcarska) Ispucali krečnjak 111 156 147 1,6-7,5Lavaud-Gelade (Francuska)

Raspadnuti granit 22 230 25 30

Portillon (Francuska) Granit 30 200 21 18-140Camarasa (Španija) Dolomitični

kavernozni krečnjak

92 220 163 1260-2640

Peruća (Jugoslavija) Ispucali kredni krečnjak

66 450 540 700

Sklope-Kruščica (Jugoslavija)

Krečnjačka breča 81 210 142 300

Tablica br.5.3.: Klasifikacija stenaprema vodopropustljivosti

Klasifikacija stenau pogledu vodopropustvljivosti

Koeficijentfiltracije (K)(m/s)

Vrlo propusne >10-10

Propusne 210− - 510−

Polupropusne 510− - 910−

Nepropusne < 910−

79

Vodopropustljivost stenskih masa u sklopu terena je svojstvo koje je od itekako velikog praktičnog značaja. Samo u naznakama navode se neki slučajevi kad je vodopropustljivost od velikog značaja:

- u vodosnabdevanju; - dreniranju terena; - akumuliranju vode u akumulacionim basenima i gubicima iz njih; - doticaju vode u iskope svih vrsta; - stabilnosti pojedinih objekata.

Kapilarnost stena je svojstvo da se voda kreće duž kapilara. To kretanje vode, suprotno dejstvu gravitacije, pripisuje se površinskom naponu vode. Visina kapilarnog penjanja zavisi najviše od prečnika kapilara koje voda kvasi.

Ukoliko su prečnici manji, penjanje je veće i obrnuto. Gornja površina vode je konkavnog oblika koji se zove meniskus, a dodiruje zidove kapilare pod uglom α koji se naziva ugao dodira. Vrednost tog ugla zavisi od vrste materijala i nečistoća zidova. Kapilarno penjanje je od praktičnog značaja samo kod kapilarnih pora, a bezznačajno je kad su u pitnjau pore veličina superkapilarnih.

Visina kapilarnog penjanja se može izraziti formulom:

10de

Cch

⋅=

gde su:

hc - visina kapilarnog penjanja,C - empirijska konstanta koja zavisi od oblika zrna i nečistoća zrna

(vrednosti C su od 0,1 - 0,5),d10 - Efektivna veličina zrna, (sa granulometrijske krive)e - koeficijent poroznosti.

Kapilarno penjanje je različito u različitim vrstama stena. U glinama je sporo, najveće je u odnosu na druge petrološke vrste stena. Iznos tog penjanja je nekoliko metara, u pojedinim slučajevima i više desetina metara. U pesku je kapilarno penjanje brzo i relativno malo (do 0,5 m). U šljunku, praktično posmatrano, kapilarnog penjanja nema. Za neke praktične potrebe, upravo zato se šljunak koristi.

Bubrenje stena je svojstvo da stene pri upijanju vode povećavaju svoju zapreminu. Karakteristično je za gline, lapore i druge stene koje u sebi sadrže glinovitu komponentu. U toku bubrenja dolazi do primanja-upijanja dodatnih količina vode u samu stenu, time dolazi do povećanja vlažnosti i poroznosti stene. Suštinski vrši se povećanje debljine opnene vode oko negativno naelektrisanih glinovitih čestica.

Bubrenje zavisi od vrste mineralne materije, takodje i od hemizma vode. Kada je u vodi koju stena upija manja količina soli nego u vodi koja se već nalazi oko glinenih čestica do bubrenja će dolaziti. U uslovima kada je u slobodnoj vodi više soli nego u porama stene do bubrenja neće doći, već će nastupiti obrnuti proces, tj. proces smanjenja zapremine. Najviše bubre stene izgradjene od monmorionita, najmanje one koje gradi kaolinit. U pogledu prisustva katjona i njihovog uticaja na bubrenje, istraživanja su

80

pokazala da bubrenju najviše pogoduju jednovalentni katjoni, a najmanje trovalentni, kao što sledi:

Li >Na > K > Mg > Ca > Al > Fe3+

Bubrenje se može izračunati ako je odredjeno sledeće:

%)100(⋅−

oV

oVbV

ili

%)100(⋅−

ow

owbw

Gde su:

Vb, wb - zapremina, ili vlažnost, nabubrele stene,Vo,wo - zapremina, ili vlažnost, stene pre bubrenja

Kao kriterijum za ocenu sklonosti stena prema bubrenju obično se usvaja odnos koeficijenta poroznosti stene i koeficijenta poroznosti na granici tečenja. Uslov za to je sledeći:

4,0e1

lwee<

+

−

gde su:

e - koeficijent poroznosti stene,ewl

− koeficijent poroznosti stene na granici tečenja

Pritisak koji nastupa usled procesa bubrenja iznosi od 300-1000 kN/m2.

Lepljivost stene je njeno svojstvo da se lepi-prianja za različite materijale ili alate. U praktičnom smislu najznačjanija je lepljivost stena za radni alat, delove mašina kojima se vrši iskopavanje, premeštanje i transport stenske mase.

Lepljivost stena zavisi od mineralnog sastava stene, veličine zrna i vlažnosti stena. To svojstvo je najizraženije kod glina i lapora, kao i njima srodnih stena i uveliko zavisi od njihove vlažnosti. Opiti su pokazali da lepljivost stena raste sa povećanjem vlažnosti do odredjene vrednosti, a po prekoračenju kritične vlažnosti, pri kojoj je lepljivost najveća, naglo se smanjuje lepljiovost stene. Lepljivost se izražava u kN/m2 i ima dimenzije pritiska. Najčeščće lepljivost iznosi 5-20 kN/m2, izuzetno može biti i preko 110 kN/m2.

81

5.1.3. Ostala fizička svojstva

Toplotna svojstva stena i stenskih masa

Toplotna svojstva stena su važna sa stanovišta da stene kao gradjevinski materijal treba da doprinesu tome da se toplota u hladnim danima sačuva, a leti da se objekti ne zagrevaju previše. O ovim aspektima se ne vodi uvek dovoljno računa. Kod nekih specifičnih objekata toplotni rezim može biti izuzetno važan. Naročito je to izraženo kod hidrotehničkih objekata kao što su tuneli i okna sa vodom pod pritiskom. Nekada su pojedini delovi tunela, ili okana, duboko ispod zemljine površine gde je temperatura znatno viša nego što je temperatura vode koja prolazi kroz te objekte. Usled toga dolazi do rashladjivanja stenske mase, što bitno utiče na sekundarno naponsko stanje oko objekta. To kao posledicu može izazvati drugačije naprezanje u betonskoj oblozi tunela i ako se pri projektovanju nije vodilo dovoljno računa, mogu u njoj nastati prsline i druga oštećenja.

Najvažnije karakteristike toplotnih svojstava stenskih masa su: specifična toplota, provodljivost toplote, provodljivost temperature, linearno i zapreminsko toplotna širenje.

Pod pojmom specifične toplote podrazumeva se količina toplote koja jediničnoj masi povisi temperaturu za jedan stepen. Izražava se u cal/gr 0C ili Kcal/kg 0C.

)12(

tQtcχ−χρ

=

gde su:Qt-količina toplote (cal), ρ-specifična masa tela (gr),χ1-temperatura pre zagrevanja ( 0C), χ2-temperatura posle zagrevanja ( 0C).

Specifična toplota stenskih masa, kao trofaznog sistema, uslovljena je specifičnom toplotom čvrste, tečne i gasovite komponente

Provodljivost toplote stenskih masa je njihova sposobnost da provode toplotu. Karakteristika ovog svojstva je koeficijent provodljivosti (λ t) i ima dimenzije cal/cm sek

0C ili kcal/ m čas 0C.

L

)21(At

t

tQ χ−χ⋅⋅λ=

gde su:

Qt-količina toplote (cal),t-vreme (sec),A-površina kroz koju prolazi toplota (m2),L-rastojanje izmedju dva preseka sa temperaturama χ1 i χ2.

Provodljivost toplote minerala je najčešće od 0,002-0,006. Provodljivost toplote vode iznosi 0,0014, leda oko 0,005.

Tablica br.5.5.: Specifične toplote stena, prema N.N.Kobranovoj,V.V.Rževskom, G.J.Noviku i dr.

Naziv stene Specifična toplotacal/gr 0C

Anhidrit 0,12Diorit 0,15Granit 0,16Krečnjak 0,16-0,24Gabro 0,17Dijabaz 0,17Gnajs 0,18Peščar 0,18-0,24Granito-gnajs 0,19Mermer 0,19Bazalt 0,20Gips 0,20-0,25Kreda 0,21Dolomit 0,22

82

Provodljivost temperature (kt) predstavlja brzinu prostiranja promene temperature usled apsorpcije ili predaje toplote unutar stene. Parametar ovog svojstva je koeficijent provodljivosti temperature i izražava se u m2/čas.

tCn

ttk

⋅γ

λ=

gde su:

−λt koeficijent provodljivosti toplote (cal/cm sek 0C),

−γ n zapreminska težina, Ct - specifična toplota (cal/gr 0C)

Pod uticajem temperaturnih razlika stenske mase menjaju zapreminu. To se izražava koeficijentom linearnog i zapreminskog širenja.

)12( χχα −⋅=∆ LL

gde su:α − termički koeficijent linearne defor-macije (kod gipsa 0,22 x 105; granita (0,6 do 0,9) x 10-5; dolomita 1,2 x 10-5)L - veličina monolita

Provodljivost zvuka

Na provodjenje zvuka najviše utiču teksturna svojstva stena. Najbolji provodnici su masivne stene, bez pora i pukotina. Ukoliko pore i pukotine postoje, bolji provodnici su one stene kod kojih je zapremina tih praznih prostora veća i ukoliko je ona zapunjena vodom, a ne nekom drobinom ili mineralnom materijom u bilo kom obliku. Ovo svojstvo stena je važno kod izbora stena za pregradne zidove, naročito u

kino salama, koncertnim dvoranama i drugim objektima.

Tablica br.5.6.: Provodljivost temperature stena

Naziv stene Koeficijent provodljivo-

sti temeperature 310k −⋅(m2/čas)

Gips 1,1Peščar 1,6-8,7Krečnjak 1,8-7,1Granit 2,2-9,7Bazalt 2,4-4,2Dijabaz >2,7Gabro 2,8-4,8Kvarcit 4,3-11Andezit <4,5Granito-gnajs <5,6Mermer <5,6Dolomit <8,0Kamena so 14,8

83

Provetrivost stena

Provetrivost stena je njihovo svojstvo da propuštaju gasove kroz svoje pore. Pore moraju biti medjusobno spojene,takodje, mora postojati razlika u pritiscima, ili razlika u temperaturi. Za to su naročito povoljne dobro porozne stene, sa makroporama (intenzivno karstifikovani krečnjaci, bigar, les, tuf, peščari, konglomerati i dr.).

Provetrivost stena se može odrediti sledećom jednačinom:

510)

g2

Pg1

P(A

Lg

Q2gK ⋅

−

⋅⋅η=

gde su:Kg - koeficijent provetrivosti stena,η - dinamički viskozitet vazduha ili gasa (Pa s⋅ )Qg - količina gasa koja prodje kroz uzorak u jedinici vremena (m3/s),A - površina poprečnog preseka uzorka stene (m2),L - dužina uzorka (m),Pg - razlika pritiska na početku i kraju uzorka (Pa).

Poznavanje provetrivosti stena je značajno pri podzemnoj eksploataciji mineralnih sirovina, pri izradi zemunica, čuvanju životnih namirnica i pojedinih vrsta materijala.

Elektroprovodljivost stena

Elektroprovodljivost je svojstvo stena da pri prolasku struje kroz njih one pružaju odredjeni otpor. Taj otpor se naziva specifični električni otpor i on predstavlja recipročnu vrednost elektroprovo-dljivosti. Provodljivost struje je najviše u geotehnici iskorišćeno u geofizičkim metodama ispitivanja terena, naročito geoelektričnim, a u manjoj meri pri odredjenim isušivanjima pre svega glinovitih stenskih masa-elektroosmozi. Specifični električni otpor, ρe, se izračunava po formuli:

L

AeR

e

1e =σ

=ρ

gde su:

−σe specifična električna provodljivost,Re - eletrični otpor uzorka stenske mase (om m),A - površina poprečnog preseka uzorka (m2),L - dužina uzorka (m).

Kvantitativne vrednosti specifičnog električnog otpora stena zavise najviše od: mineralnog sastava, strukturno-teksturnih svojstava, vlažnosti, hemijskog sastava, vrste i koncentracije rastvora u porama, temperature stenske mase. Kako mineralni sastav utiče na

84

provodljivost struje prikazano je poglavlju fizička svojstva minerala. Ovde se samo ukazuje na to da provodjenje električne struje znatno poboljšava prisustvo vode u steni, odnosno stenskoj masi u sklopu terena. U tom smislu su vršena obimna ispitivanja i postoje brojni podaci, od kojih su neki prikazani u tablici br.5.7. Tako npr. koeficijent anizotropije, koji predstavlja količnik tog otpora na suvom i vlažnom uzorku, kod granita iznosi 750. Tako veliki iznos anizotropije objašnjava se time da je voda dobar elektrolit, dnosno mnogo bolji provodnik struje nego što je to vazduh. I kod slobodnih podzemnih voda, kao i kod vezanih voda kod glinovitih čestica, provodljivost nije konstantna, već je promenljiva u granicama

210− do 310− omm i zavisi od koncentracije rastvorenih minerala u njoj. Povećana

koncentracija olakšava provodjenje struje i obrnuto. Strukturno-teksturna svojstva, takodje, bitno utiču na anizotropiju elektro-

provodljivosti. Tako npr. kod čvrstih, slojevitih, sedimentnih stena, specifični električni otpor je više puta veći u pravcu upravnom na slojevitost nego u pravcu paralelnom slojevitosti. Električna anizotropija definisana je sledećim izrazom:

snanK ρρ=

gde su:

Kan-koeficijent anizotropije,

−ρen specifični električni otpor u pravcu upravnom na slojevitost,

−ρes specifični električni otpor u pravcu slojevitosti

Tablica br.5.7.: Specifični električni otpor stenaVrsta stene Specifični

električni otpor (omm)

Vrsta stene Specifični električni otpor (omm)

Granit 102-107 Krečnjak 102-103

Bazalt 2,5-106 Kvarcit 10-105

Glina 3-50 Konglomerat 10-104

Gnajs 102-107 Mermer 102-105

Gabro 102-105 Laporac 10-105

Diorit 102-108 Peščar 35-1,9 -108

Dijabaz 102-1,5 -106 Serpentinit 500-103

Sericitski škriljac

4-104 Sijenit 102-105

Radioaktivnost stena

Radioaktivna svojstva ispoljavaju minerali koji sadrže radioaktivne elemenate (uranijum, torijum, radijum). Radioaktivnim raspadanjem vrši se preuredjenje elementa što je praćeno zračenjem tzv. alfa i beta čestica i gama zraka. Alfa čestice izleću iz materije sa

početnom brzinom od 9

103,29

102,1 ⋅−⋅ cm/s i odgovarajućom energijom od 2-11 Mev

85

(miliona elektron volti). Beta čestice predstavljaju strujanje elektrona (pozitrona) koje izleću iz jezgra elementa velikom brzinom koja se primiče brzini svetlosti. Gama zraci su vrlo kratki elektromagnetni talasi sa dužinom manjom od jednog angstrema. Gama zraci se karakterišu masom i energijom kvanta. Masa kvanta je obrnuto proporcionalna talasnoj dužini gama zrakova.

U geofizici, primena gama zraka je pri karotažnim ispitivanjima u bušotinama. Metoda se zasniva na činjenici da različite vrste stena različito apsorbuju gama zrake.

5.2. Mehanička svojstva stena

5.2.1. Deformabilnost čvrstovezanih stena

Mehanička svojstva definišu ponašanje stena pri djestvu opterećenja. Ova svojstva stena najviše zavise od karaktera i intenziteta opterećenja (pritisak, zatezanje, savijanje, torzija) i karakteristika stene. Pri pritisku deformacije su takve da se smanjuje dužina uzorka, ili se vrši sabijanje stenske mase, u pavcu dejstva sile. Obrnuto je pri istežanju. Tada se povećava dužina u pravcu dejstva sile, a poprečni presek se smanjuje. Izučavanjem mehaničkih svojstava čvrstih stenskih masa bavi se naučna disciplina koja se naziva mehanika stena, a poluvezanih i nevezanih stena naučna disciplina koja se naziva mehanika tla. Obe zajedno čine geomehaniku.

Ako je stenska masa izložena dejstvu neke sile tada se u svakoj tački te stene može izdvojiti kocka elementarnih dimenzija, sa medjusobno upravnim stranama, na koje deluju normalna naprezanja. Ta normalna naprezanja se nazivaju glavnim normalnim

naponima i uobičajeno se označavaju 3,2,1 σσσ . U opštem slučaju razmatrani naponi

mogu biti različiti po intenzitetu, a u pojedinim slučajevima neki od njih su jednaki nuli. Moguće je razlikovati sledeća naponska stanja:

1. Jednoosno naponsko stanje, kada je stenska masa izložena dejstvu samo jednog glavnog normalnog napona, a druga dva su jednaka nuli.

2. Dvoosno naponsko stanje, kada je stenska masa izložena dejstvu dva glavna normalna napona u jednoj ravni.

3. Troosno naponsko stanje (svestrano), kada na stensku masu deluju tri glavna napona.

Kada dolazi do prekoračenja čvrstoće na pritisak, zatezanje, savijanje, izvijanje kod čvrstih stena tada pucaju mineralna zrna ili čvrsto mineralno vezivo izmedju zrna.

Čvrste stene, kao i druga tvrda tela, deformišu se usled dejstva naprezanja saglasno Hukovom zakonu, u elastičnom području naprezanja.

ε⋅=σe

E

gde su:σ−napon koji deluje na stenu,Ee - modul elastičnostiε - elastična deformacija

86

Modul elastičnosti je osnovni parametar svih tvrdih tela, pa i stena, u domenu elastičnih deformacija. Njegovo važenje je evidentno kad su u pitanju monolitni delovi stena, a značajna ograničenja nastupaju kad se u razmatranje uzmu realne stenske mase, u sklopu terena, pogotovu kad su veliki iznosi naprezanja. Pošto su stenske mase po pravilu ispucale, to i uslovima dejstva sile relativno malog intenziteta, dolazi do relativno velikih deformacija koje nemaju elastični karakter, već trajni. Objašnjenje se nalazi u tome da u početnim fazama opterećenja dolazi do pomicanja pojedinih blokova i zatvaranja pukotina. Stoga, strogo posmatrano samo elastičnih deformacija stenskih masa nema, već naprezanje prate elastične i plastične deformacije, a po prekoračenju čvrstošće nastupa lom.

Modul koji pored elastičnih deformacija obuhvata i trajne deformacije, tj. ukupne deformacije pri nekom

naprezanju, naziva se modul deformabilnosti. On je takodje važan parametar deformabilnosti čvrstih stenskih masa. Za razliku od modula elastičnosti koji je konstantan za stenu odredjenih svojstava (ne zavisi od iznosa naprezanja), modul deformabilnosti je promenljiva veličina. Sasvim je logično da su ukupne deformacije veće ukoliko je opterećenje veće, a samim tim je i modul deformabilnosti promenljiv.

Treći važan parametar koji definiše naprezanje stene je Poasonov koeficijent. On definiše odnos poprečne deformacije odredjenog preseka i podužne deformacije odredjene dužine uzorka. Može se izraziti formulom:

ε

ε=µ

'

Gde je:

−ε elastična deformacija stene u podužnom pravcu ( LL∆=ε ),

dd' ∆=ε - deformacija u poprečnom pravcu.

Pri dejstvu vertikalnog opterećenja na stene značajni deo izaziva deformacije u samoj steni, a deo se prenosi u vidu bočnog pritiska koji se može izraziti na sledeći način:

PH=K0PV

gde su:PH - bočni pritisak,K0 - koeficijent bočnog pritiska sa vrednostima 0-0,1 kod čvrstih stena, a kod

polukamenitih stena 0,2-0,3; za pesak je 0,40-0,42; za gline 0,70-0,75.PV - opterećenje u vertikalnom pravcu

87

Sl.5.1. Dijagram deformabilnosti stene

εe - elastična, povratna deformacija;

εt - trajna deformacija

εu - ukupna deformacija

Elastične deformacije čvrstih stena su uslovljene elastičnim svojstvima minerala koji stene grade; vrste vezujuće supstance i načina vezivanja; takodje i od karakteristika ispucalosti stenske mase i zapuna u pukotinama. Kod magmatskih stena to je uslovljeno vezivanjem zrna u toku kristalizacije minerala, kod metamorfnih stena rekristalizacijom mineralne materije, a kod sedimentnih tvrdih stena procesima dijageneze i litifikacije. Meke-vezane stene odlikuju se uglavnom plastičnim deformacijama, a elastične imaju podredjeni značaj. Polučvrste-vezane stene (argilošist, alevrolit,kreda, glinci, laporci i dr.) kada su izrazito čvrsti ponašaju se kao i čvrsto-vezane stene, a kada su meki kao meke-vezane stene. Od toga, kao i strukturno-teksturnih svojstava, zavisi da li će preovladjujući tip deformacija biti elastičan ili plastičan.

Tablica br. 5.8.: Deformabilne karakteristike stenaVrsta stene Modul elastičnosti

(GN/m2)Modul deformabilnosti(GN/m2)

Poasonov koeficijent

Granit 30-68 1-20 0,15-0,30Sijenit 50-88 0,14-0,26Gabro 60-125 0,11-0,38Dijabaz 80-110 13-44 0,26-0,38Bazalt 20-100 0,20-0,23Mermer 35-97 0,15-0,27Kvarcit 50-85 0,13-0,26Granito-gnajs 17-50 0,20-0,32Dolomit 30-80 0,25-0,27Krečnjak, čvrst 25-75 0,25-0,33Krečnjak, mek 7-15 0,30-0,35Peščar, čvrst 30-72 15-26 0,15-0,25Peščar, mek 6-20 0,22-0,30Glina, permska 0,1-0,15

Deformabilnost čvrstih stenskih masa se ispituje u laboratorijskim i terenskim uslovima i to statičkim i dinamičkim metodama. U laboratorijskim uslovima opiti se izvode jednostavnije i lakše a vrednosti parametara se odnose na sam uzorak. Ukoliko je taj uzorak bolji reprezent stenske mase utoliko će i podaci koji se ispitivanjima dobijaju biti bolji i obrnuto. Bolji i merodavniji su opiti koji se izvode na probnim telima (uzorcima koji mogu biti velikih dimenzija) koja se obrazuju na licu mesta (in situ). Opitima in situ moguće je, neuporedivo više nego na uzorcima u laboratorijskim uslovima, uzeti u obzir i uticaje: prostornog položaja i strukturnih svojstava stenske mase. Čak i u tim uslovima ispituje se ograničeno područje, što se takodje mora uzeti u obzir pri ispitivanjima.

5.2.2. Deformabilnost nevezanih i poluvezanih stena

Deformabilna svojstva ovih stena se detaljno izučavaju u mehanici tla. Zato su ovde dati samo načelni osvrti i to oni koji se prevashodno odnose na sleganje.

Pod dejstvom spoljašnje sile poluvezane i nevezane stene se deformišu znatno više i brže nego čvrstovezane. Pri tome se u suštini vrši zbijanje stene i istiskivanje vode , što sve kao posledicu ima sleganje terena i objekata. Karakter deformacija, iznos i način na koji se

88

dešava, zavise od tipa stena i oblika temelja preko koga se opterećenje prenosi. Sabijanje peskovitih stena povezano je s pomeranjem i boljim sabijanjem zrna stene, a pri velikim opterećenjima čak i drobljenjem zrna. Deformacije su obično male po iznosu, a brze posmatrano u vremenu. Kod glinovitih stena deformacije su bitno drugačije i dugotrajnije. One, uglavnom, imaju karakter plastičnih deformacija. Deformišu se bez vidljivog rušenja glinovite strukture. Glavni procesi pri tome vezani su za vodu oko glinovitih čestica koja faktički prima na sebe jedan deo dodatnog opterećenja u formi pornih pritisaka. Pri smanjenju količine vode, deo opterećenja sve više preuzimaju na sebe mineralne čestice, da bi u suvim glinama porni pritisci potpuno izostali, a efektivni bi faktički bili jednaki ukupnim.

Kod glinovitih stena značajna je još brzina nanošenja opterećenja, karakter opterećenja (dinamičko, statičko). Takodje, značajno je i to da li je narušena primarna struktura stene ili nije. Po pravilu veće su deformacije kod stena narušene strukture i kod mladjih sedimenata kod kojih je poroznost veća (npr. aluvijalnih glina u odnosu na pliocene).

U zavisnosti od graničnih uslova deformisanja glinovitih stena razlikuju se sledeći vidovi:• deformacija stena pri pritisku bez mogućnosti bočnog širenja - kompresija,• deformacija stena pri troosnom naprezanju s ograničenim bočnim širenjem, • deformacija stena pri slobodnom bočnom širenju-jednoosno naprezanje.

U mehanici tla detaljno će se analizirati navedeni uslovi deformisanja. Ovde je radi ilustacije dat samo kratak osvrt na deformisanje stena kada nema bočnog širenja tzv. edometarski opit stišljivosti. Pri izvodjenju opita vrši se opterećenje uzorka u vertikalnom pravcu (σ1). Stena se pod dejstvom tog opterećenja sabija, time se smanjuje poroznost i vlažnost uzorka. Stepen deformisanja uzorka može se izraziti preko koeficijenta stišljivosti (av) i modula stišljivosti (Ms):

α=∆σ∆

= ctg

0h

hsM

β=σ∆

∆= tg

eva

Veza modula stišljivosti i koeficijenta stišljivosti mogu se predstaviti na sledeći način:

va

)0

e1()0

e1(

0e1

e

0h

hsMe

+=

+σ∆=

+

∆σ∆

=∆

σ∆=

∆

89

sM

)0

e1(

va+

=

Iz navedenog sledi da se sleganje može izraziti sledećom formulom:

oh

sM

ohvmoe1

vaoh

oe1

eoh

oe1

e0hh ⋅

σ∆=⋅σ∆⋅=σ∆⋅

+⋅=

+

σ∆⋅

σ∆

∆⋅=

+

∆⋅=∆

Izraz sMoh

h σ∆=

∆ je analogan izrazu za deformaciju elastičnog tela tj.

ε∆⋅=σ eE

Tablica br. 5.9.: Vrednosti edometarskog modula stišljivosti za koherentne stene, prema D.Miloviću

Konsistentno stanje Indeks konsistencije Jednoaksijalna čvrstoća qu (kN/m2)

Modul stišljivosti (MN/m2)

Vrlo meko 0-0,25 <25 <0,5Meko 0,25-0,50 25-50 0,5-1,0Srednje plastično 0,50-0,75 50-100 1-2Kruto plastično 0,75-1,0 100-200 2,0-5,0Polutvrdo 1,0-1,25 200-400 10-20Tvrdo >1,25 >400 >20

5.2.2. Čvrstoća stena

Čvrstoća na pritisak

Čvrstoća na pritisak stene se ispituje na uzorku standardnih dimenzija, oblika kocke ili valjka. Dobija se tako što se ravna površina uzorka ravnomerno optereti, bez sprečenog bočnog širenja, dok uzorak ne pukne. Pošto se opterećenje vrši u jednom pravcu naziva se jednoaksijalna čvrstoća na pritisak. Izražava se u kN/m2. Najveće vrednosti su kod svežih stena, čvrsto vezanih, u suvom stanju. Vlažni uzorci, a naročito kada su izloženi zamrzavanju koje se ponavlja prema odredjenim standardima, imaju znatno manje vrednosti čvrstoće nego suvi. Kada se uzorci stene drže u vodi dolazi do smanjenja njihove čvrstoće. Koeficijent kojim se definiše iznos tog omekšavanja naziva se koeficijent omekšavanja. Kod čvrstih stena njegove vrednosti su 0,9-1, a mogu biti i znatno manje. Za gradjevinsku upotrebu odlične su stene sa tim koeficijentom većim od 0,9. Kada je njegova vrednost manja od 0,6 stene imaju ograničenu upotrebu. Najveće vrednosti koeficijenta omekšavanja su kod glinaca i njima srodnih stena, kao i onih koje su u raspadanju.

90

Tablica br.5.10: Čvrstoće na pritisak, istezanje i savijanje stena Stena Čvrstoća uzorka na pritisak (MN/m2) Čvrstoća (MN/m2)

Suv Mokar Zamrzavan Istezanje SavijanjeGranit 187,9 140,5 138,2 16,0 21,4Sijenit 105,0 100,0 121,5Latit 261,4 243,3 230,0Dacit 210,4 175,5 176,1Dijabaz 397,7 361,7 257,7Bazalt 254,3 251,5Gnajs 205,9 193,0Serpentin 152,4 138,7 137,7Mermer 224,0 205,0 204,0Krečnjak 144,0 99,0 81,0 6,4 16,2Krečnjak 50,2 1,5 3,2Peščar 109,9 96,1 78,4 2,3 4,2Peščar 203,0 3,6 6,8

U realnim, terenskim uslovima, stenske mase su po pravilu diskontinualne i često izmenjene. Zbog toga vrednosti čvrstoća, dobijenih na relativno malim uzorcima, treba kritički prihvatiti. Jedan od načina da se čvrstoća na pritisak stenske mase dobije u realnim terenskim uslovima je pomoću brzina prostiranja talasa na uzorku i u terenskim uslovima. Bez obzira na to da ovaj metod nosi odredjene nedostatke, ipak ga treba prihvatiti kao jednostavan i relativno jeftin u odnosu na neke druge.

( )( ) 21140

2212

µ

µδσ

−⋅

−⋅=

g

pvp

( )( )µ

µδσ

−⋅−⋅

=170

212

gsv

p

gde su:vp ,vs - brzine longitudinalnih i transverzalnih elastičnih talasa,δ - zapreminska težina ispitivane stene,g - ubrzanje sile teže,µ - Poasonov koeficijent

Čvrstoća na zatezanje, savijanje i uvijanje

Čvrstoća na zatezanje, savijanje i uvijanje su višestruko manje od čvrstoće na pritisak (Tablica br.5.10.). Ispitivanja se izvode na prizmatičnim redje valjkastim izduženim uzorcima standardnih dimenzija. Ove čvrstoće se takodje izražavaju u kN/m2. Čvrstoća na savijanje se izražava kao količnik maksimalnog momenta na savijanje i otpornog momenta za pravougaoni poprečni presek.

91

Ispitivanja na velikom broju uzoraka su pokazala da su vrednosti čvrstoće na istezanje i savijanje više puta manje od čvrstoće na pritisak. Čvrstoća savijanja je 10-20 puta manja od čvrstoće na pritisak. Čvrstoća istezanja je 20-40 puta manja od čvrstoće na pritisak. U tablici br. . date su vrednosti čvrstoća pri standardnim kratkotrajnim laboratorijskim ispitivanjima. Kada se izvode opiti odredjivanja čvrstoće koji traju dugo vremena (vremenska čvrstoća) onda su i čvrstoće stena mnogo manje. Vremenska čvrstoća najčešće iznosi 50-80% standardne čvrstoće. Naučna oblast fizike koja proučava materijale, pa i stene, tako da se pored napona i deformacija analizira i uticaj vremena naziva se reologija. Prema tome vremenska čvrstoća je u suštini reološko svojstvo stena.

Čvrstoća na smicanje

Mor-Kulon (Coulomb, 1776.g) je prvi uočio zakonitost loma kojim se utvrdjuje da je smičuća čvrstoća direktno zavisna od normalnog napona, pri kome je lom nastupio i kohezije materijala. Kasnije je njegov opšti izraz loma pobošljavan tako da ima oblik:

'c'tg' +ϕ⋅σ=τgde su:

'ϕ - ugao trenja, za efektivne napone

'tgϕ - koeficijent trenja,

'σ - normalni efektivni napon ,

'c - kohezija za efektivne napone

U čvrsto vezanim stenama, kad se smicanje odvija kroz monolitnu stensku masu, otpornost na smicanje zavisi od karakteristika mineralnih zrna i njihove povezanosti. Kad se kod tih stena smicanje odvija duž nekih geoloških planara (pukotine, slojevi, škriljavost, klivaž i dr.) otpornost na smicanje zavisi od karakteristika tih ravni (geometrijskih elemenata tih površina, karakteristika zidova, pristustva glinovitog filma ili drugih zapuna i dr.).

Otpornost na smicanje kod poluvezanih i nevezanih stena zavisi od ugla trenja izmedju fragmenata koji grade stenu i kohezije kod stena koje koheziju imaju.

Mnogobrojni opiti izvedeni na uzorcima peska pokazali su da otpornost na smicanje zavisi od veličine zrna, oblika zrna, tvrdoće mineralnih zrna, načina njihove složenosti. Najveće otpornosti pokazuje krupnozrni pesak kod koga su zrna oštra, a ne zaobljena i uz to je izgradjen od tvrdih minerala. Otpornost na smicanje se svodi na unutrašnje trenje, jer je kohezija praktično jednaka nuli. Trenje je sve manje i manje kako se smanjuje krupnoća mineralnih zrna.

U glinama, mnogobrojni opiti su pokazali da na vrednosti parametara otpornosti na smicanje, pored intenziteta normalnog napona, utiče više faktora: karakteristike pojedinih značajnih fizičkih svojstava (poroznost, vlažnost); mineralni sastav; granulometrijski sastav, strukturno-teksturna svojstva, koncentracija rastvora u porama. Manje vrednosti parametara otpornosti na smicanje glina su u svim sledećim slučajevima: • ako su gline vlažnije, poroznije, narušene strukture; • ako su granulometrijski posmatrano sitnozrnije; • kada imaju povećani sadržaj hidrofilnih minerala;

92

• sa povećanim udelom monmorionita; • kada su u rastvoru smanjene količine ratvorenih soli a povećane količine rastvorenog

natrijuma (a ne kalcijuma). • kada se smicanje izvodi paralelno slojevitosti, po pukotinama ili paralelno drugim

planarama, a ne upravno ili dijagonalno na njih. Za ispitivanje parametara otpornosti na smicanje razvijeno je više metoda. Neke

su isključivo laboratorijske metode, a druge su terenske. Laboratorijskim metodama se dobijaju relativno dobri rezultati za glinovito-laprovite i njime srodne stene i to na relativno malim uzorcima. Najjednostavni su opiti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak, bez sprečenog bočnog širenja. Na osnovu tog opita moguće je dobiti parametre otpornosti na smicanje po sledećim formulama:

o902 −α=ϕ

ϕ

+α

σ=

α

σ=

2

o45tg2tg2

pc

ctg +ϕ⋅σ=τ

U laboratorijskim uslovima najbolji rezultati se dobijaju u uslovima triaksijalnog smicanja (najčešće se u praksi koriste: nekonsolidovani nedrenirani opit UU; konsolidovani nedrenirani opit CU; drenirani opit D).

U terenskim uslovima, takodje, se koristi više metoda. Najbolji rezultati se dobijaju ispitivanjem čvrstoće na smicanje velikim blokovima. Obično su to čvrstovezane stene, a blokovi su nekada i više kubnih metara. Oni se smiču pod dejstvom smičuće sile čiji intenzitet se meri. Za jedan merni blok se unapred zadaje normalno naprezanje, po pravilu na gornju slobodnu površinu bloka. Preciznim komparaterima se meri pomeranje bloka do loma. Na bazi tri merna bloka-smicanja, pri čemu su kod sva tri bili drugačiji iznosi normalnog naprezanja i izmerenog smičućeg naprezanja pri lomu, moguće je odrediti ugao trenja i koheziju.

Naročito je značajno to što se smicanje izvodi, ili može izvoditi, po unapred odredjenoj, predisponiranoj, ravni smicanja. Iz ovoga sledi da su parametri otpornosti na smicanje različiti, zavisno od toga da li se smicanjem obuhvata i deo monolita stenske mase, ili se u celini smicanje odvija po nekim geološkim planarama. Isto tako, parametri su promenljivi i kad se radi o smicanju duž karakterističnih planara, jer i karakteristike njihovih površina su, po pravilu, različite. Neke imaju smičuće, glatke, površine. Druge imaju hrapave ili drugačije površine. Na smicanje u velikoj meri utiču i oblici zakrivljenosti površina planara. Najmanje otpore na smicanje pružaju ravne površine, glatke, smičuće, sa povoljnom orijentacijom. Najveće otpore na smicanje pružaju planare koje su zatalasane, hrapave i nepovoljno orijentisane.

93

5.3. Tehnološka svojstva stena

5.3.1. Bušenje stena

Bušenje stena predstavlja skup tehničko-tehnoloških postupaka kojima se u postupku bušenja mogu dobiti: bušotine, bunari, okna, tuneli i drugi objekti. Ovako defiisano bušenje iziskuje potrebu da se pri razmatranju bušivosti mora voditi računa o širokom dijapazonu uticajnih činilaca. Razlog tome leži u činjenici da stene u jedniom slučaju mogu biti lako bušive, da to ne predstavlja nikakav problem, dok t e iste stene u drugom slučaju mogu biti tako otporne da se opremom koja se poseduje i ne mogu bušiti. Takodje, ovakav pristup bušenju je neophodan sa stanovišta stalnog napredovanja tehnike i tehnologije bušenja, tako da ono što je ranije bio problem to sada može biti lako rešivo. Stoga, kad se analizira bušivost stena, mora se voditi računa o opremi kojojm se to radi, o prečniku i dimenzijama bušotina-objekata, nameni bušotina-objekata i dr.

Bušenje stena se može klasifikovati na dve velike grupe: istražno i eksploataciono. Prvo se izvodi u cilju dobijanja jezgra stene za dalja ispitivanja, ili u cilju odredjenih ispitivanja u rupi-bušotini. Drugo se izvodi da bi se dobile mineralne sirovine (voda, rude, kamen) i podzemni objekti koji će imati neku namenu.

Istražno bušenje je detaljnije prikazano u poglavlju koje se odnosi na vrste istražnih radova. Stoga se ovde više ukazuje, generalno, na tehničko-tehnološke činioce.

U pogledu vrsta kruna kojima se neposredno buši stena bušenje može biti: dijamantskim krunama za čvrste stene, kao npr. za granit; vidijom za srednje čvrste stene, npr. za krečnjake; ili običnim sržnim cevima ili svrdlima za meke stene, npr. u glinama. Pogonska snaga je najčešće preko motora, redje je još uvek ručno radom ljudi. Alat-krune kojim se buši stena najčešće rotiraju, kružno se okreću i pri tome prodiru u stenu. Redje je u upotrebi tzv. udarno ili perkusiono bušenje pri čemu se prodiranje u stenu vrši udaranjem odredjenog alata u stenu i njegovog delimičnog zaokretanja u odnosu na prvobitni položaj.

Bušenje stena se izvodi za potrebe istraživanja terena (za izgradnju svih vrsta gradjevinskih objekata; i npr. bušenju tunela krticama; pri istraživanjima i eksploataciji vode, nafte i gasa; pri istraživanjima ležišta metaličnih i nemetaličnih mineralnih sirovina; za potrebe zaštite životne sredine i dr.).

Značaj poznavanja bušivosti stena je naročito veliki kod svih vrsta čvstih stena. Po pravilu svaki rad u njima se izvodi tako što se buše, po zato isprojektovanom rasporedu i drugim elementima, minske bušotine u kojima se pomoću eksploziva vrši otpucavanje, razaranje i iskop stenskih masa. Samo u manjem obimu, kada su iskopi relativno mali po obimu, u čvrstim stenama i to u mekšim i ispucalijim, mogući su i delimično se izvodi iskop i priručnim sredstvima i odredjenim vrstama mašina.

U glinovito-peskovitim stenama, kao i drugim vrstama koje su njima srodne, iskopi se ne vrše tako što se one prvo buše i miniraju, već mašinama za iskop ili u manjem obimu i ručno. Pri bušenju alat kojim se neposredno seče stenska masa se zagreva. Da pri tom zagrevanju krune ne bi brzo bile uništene vrši se njihovo hladjenje običnom vodom ili isplakom. Voda ili isplaka se upumpavaju pod pritiskom na rezni alat i obezbedjuje se cirkulacija tečnosti, koja pri tome iznosi sitne čestice stenske mase-semplu koja nastaje rezanjem mineralne materije.

Pri bušenju čvrstih stenskih masa, npr. u rudnicima ili pri izbijanju tunela, pomoću bušaćih šipki koje rotiraju pomoću kompresovanog vazduha stvara se relativno velika

94

količina sitne prašine, koja je škodljiva po zdravlje, a naročito kada se buši u silicijskim stenskim masama. Tada se, a u cilju poboljšanja uslova rada bušača, takodje upumpava voda, u bušotine koje se buše. Voda tada skuplja najveću količinu tih sitnih čestica koje nastaju bušenjem, a u vazduhu je znatno manje prašine.

Sa razvojem tehnike i tehnologije uopšte, pa i u oblasti bušenja stenske mase, sve više su u upotrebi moćne, mašina koje se često nazivaju krticama. One su različitih konstrukcija, a u osnovi se svode na to da rotirajući delovi mašina režu stensku masu. Rotirajući delovi se prilagodjavaju vrstama stena (čvrste, srednje čvrste, meke), strukturno-teksturnim svojstvima stenske mase, stanju podzemnih voda i dr. Najvažnije je pri odabiru mašina imati dobro, detaljno, istražen teren, a najnepovoljniji za njihovu upotrebu su tereni u kojima se često smenjuju stenske mase različitih litoloških vrsta i svojstava. Bušenjem krticama se u suštini dobija iskopani otvor-tunel željenih dimenzija i to u jednom prolazu mašinom.

Bušivost monolitnih delova isključivo zavisi od mineralnog sastava i vrste stene. Tvrdi minerali pružaju veći otpor od mekih i znatno brže zatupljuju pribor za rezanje stena. Ispucalije stenske mase takodje mogu bušenje učiniti sporojim i to najčešće tako što dovode do teškoća u bušenju, eventualno zaglava pribora za bušenje, krivljenja bušotina i dr. Stene podložne bubrenju, pre svega gline i njima srodne stene, a i većina drugih u intenzivno tektoniziranim-milonitiziranim zonama, često su sklone povećanju zapremine tj. sužavaju slobodni prostor bušotine i dovode do zaglave pribora za bušenje. Pored navedenog, na intenzitet bušenja utiče i dubina bušotina kao i njihov prečnik. Bušenje na većim dubinama iziskuje znatno više vremena koje je potrebno da se izvadi i ponovo spusti pribor za bušenje, eventualno da se ugrade obložne kolone za zaštitu bušotine i drugo.

5.3.2. Otpor stena prema miniranju

Pri otpucavanju minskih punjenja, u bušotinama za miniranje, stene pružaju različite otpore. Taj otpor se najčešće izražava količinom utrošenog eksploziva, odnosno koeficijentom specifične potrošnje eksploziva. Taj koeficijent i broj minskih bušotina može se odrediti po formuli:

3l

eQeK =

Af7,2eN =gde su:

Ke - koeficijent specifične potrošnje eksploziva,Qe - količina utrošenog eksploziva,l - linija najmanjeg otpora pri miniranju, ili dužina levka koji nastaje miniranjem (m),Ne - broj bušotina na jedan m2 čela iskopa,f - koeficijent čvrstoće stena po Protodjakonovu,A - površina čela iskopa (m2)

95

U pogledu otpornosti prema miniranju najčešće se izdvaju tri grupe stena. Otporne su sve vrlo čvrste stene, malo ispucale i malo hemijski izmenjene (graniti, daciti, amfiboliti, itd). Srednje otporne su srednje čvrste stene (krečnjaci, mermeri, dolomiti, srednje čvrsti peščari i intenzivno ispucale vrlo čvrste stene). Slabo otporne pri miniranju su meke čvrsto vezane stene i druge intenzivno ispucale i izmenjene čvrsto vezane stene (tuf, filit i drugi škriljci, bigar, glinac i dr.).

5.3.3. Obradljivost stena

Pod obradljivošću stena se podrazumeva više različitih tehnoloških postupaka, pojedinačnih ili zbirnih, kojima se obradom dobijaju željeni oblici. To znači da se od prirodnog bloka, rezanjem ili daljom obradom na licu mesta, ili u radionici, mogu dobiti drugi manji oblici željenih dimenzija.

Obradom se dobijaju različiti oblici: blokovi, kocke, valjkasti i prizmatični oblici, ploče različitih dimenzija. Blokovi i kocke se mogu, u pojedinim dobro lučenim magmatitima, dobiti relativno lako upotrebom vrlo jednostavnih alata: čekića i jednog ili više metalnih klinova (npr. u dacitima u kamenolomu kod Ljubovije, ili na više lokaliteta na Rudniku) U mekšim stenama, kao npr. u mermernom oniksu (aragonit) u šumadijskom selu Lozovik, sečenje u blokove dimenzija i više metara kubnih se odvija upotrebom beskonačne režuće žice. Dalje se iz tih velikih blokova, mašinama seku manji blokovi i podne odnosno zidne ploče za oblaganje zgrada. One zamenjuju keramičke ploče i odličan su dekorativni kamen. Dobijeni blokovi i ploče mogu se dalje fino obradjivati, glačati i polirati. Iskustva u tom pogledu su pokazala da od naoko jednostavnih i neprimamljivih površina kamena, pri glačanju i poliranju dobijaju se izvanredno lepe površine i kao takve nalaze primenu u objektima vrhunskog kvaliteta. Pored izvanredno lepog estetskog dejstva, kamene ploče, koje su glačane i polirane, imaju duži vek trajanja i od samih objekata. Najpovoljnije za glačanje i poliranje su stene koje grade minerali drastično različite tvrdoće, kad su takve razlike zbog prisustva i male količine minerala izrazito tvrdjih ili mekših, kada su zastupljeni listasti minerali. Stene koje s e koriste moraju biti sveže, bez štetnih mikroprslina.

Pored oblika sa ravnim površinama od kamena se često prave i oblici sa zaobljenim površinama. Tako npr. od mermera sa Venčaca napravljen je vrlo veliki broj spomenika i figura sa zaobljenim površinama. Od jablaničkog gabra napravljene su karijatide spomenika Neznanom junaku na Avali. Zaobljene površine stena se takodje glačaju i poliraju zato specijalnim alatima.

5.3.4. Habanje stena

Habanje je svojstvo čvrstovezanih stena da se troše, smanjuju zapreminu, pri dejstvu sile trenja. Ovo svojstvo najviše zavisi od mineralnog sastava stena. Meki minerali su manje otporni na habanje, tvrdji su otporniji.

Postoji više metoda za ispitivanje habanja stena. Najčešće se primenjuju metode: Los Angeles; Beme; i Devala. Prema metodi Los Angeles, za opit je potrebno 50-100 N drobljenog agregata stene, koji se stavlja u bubanj zajedno sa 6-12 čeličnih kugli. Bubanj se rotira odredjenim brojem obrtaja oko horizontalne osovine (500-1000 obrtaja). Na kraju opita prosejava se i meri masa čestica koje su manje od 1,6 mm, a nastale su sudaranjem

96

metalnih kugli sa uzorcima stene. Prema metodi Bemea opit se izvodi na uzorku stene u obliku kocke, ivice su 7,07 cm, odnosno površina jedne strane je 50cm2. Uzorak se pri rotiranju troši u dodiru sa tehničkim korundom do standardnog broja obrtaja. Na kraju opita meri se gubitak zapremine na 50 cm2 površine i to predstavlja habanje.

%100V

hVVaH ⋅

−=

gde su:

Ha - habanje stene (%),V - zapremina suve stene pre habanja (cm3),Vh - zapremina sitnih čestica stene posle opita habanja (cm3)

5.3.5. Rastresanje i zbijanje stena

Kada se stenska masa izminira, ili iskopa na neki drugi način, onda je njena zapremina veća od prvobitne, odnosno stena je rastresitija. Rastresanje se izražava koeficijentom rastresitosti (Kr) koji predstavlja odnos zapremine (m3) iskopanog materijala i zapremine (m3) stene in situ.

Nasuprot rastresanju stena pri iskopavanju, pri zbijanju se vrši smanjenje

njihove zapremine. To se ostvaruje tako što zrna stene, ili njeni fragmenti, zauzimaju bolji raspored tako da se smanjuje poroznost stene. Zbijanje je otežano, često i neizvodljivo, u izdanskoj zoni terena. Da bi se to moglo uraditi potrebno je sniziti NPV (za oko 0,5m) ili se moraju primeniti druge mere.

Kod nevezanih stena zbijenost je predstavljena izrazima:

minemaxe

emaxeDI −

−=

minVmaxV

VmaxVDI −

−=

gde su:ID - indeks zbijenosti,emax , emin , e; Vmax, Vmin, V - koeficijenti poroznosti i zapremine: najveći - kad je stena rastresita, najmanji - zbijena stena i u prirodnom stanju,

Tablica br. 5.11.: Koeficijent rastresanjastena

Vrsta stene Koeficijent rastresanja

Pesak 1,10-1,20Šljunak 1,20-1,30Glina 1,25-1,35Argilošist 1,35-1,40Krečnjak 1,40-1,60Magmatske stene 1,40-1,80Kristalasti škriljci 1,50-2,40

97

Zbijenost glinovito-prašinastih stena je predstavljena izrazom:

PeLe

eLe

dI

−

−=

gde su:ID - indeks zbijenosti,eL - koeficijent poroznosti na granici tečenja,ep - koeficijent poroznosti na granici plastičnostie - koeficijent poroznosti uzorka u prirodnom stanju, bez zbijanja.

Pri izradi nasutih brana, nasipa uopšte, kao i u mnogim drugim slučajevima, kada je potrebno da stenska masa bude što je moguće više zbijena odredjuje se vlažnost stena pri maksimalnoj zbijenosti. To se postiže Proktorovim opitom kojim se odredjuje optimalna vlažnost pri kojoj je najveća suva zapreminska težina stene.

98

6. ENDOGENI PROCESI

UZemljinoj kori se odvijaju mnogobrojni prirodni procesi koji se nazivaju zajedničkim imenom endogeni. Najvažniji medju njima su: rasedanje; nabiranje; seizmičnost; vulkanizam i metamorfizam.

Na endogene procese čovek svojom tehnikom i tehnologijom ne može da utiče, niti može da ih spreči. Manifestacije njihovog delovanja su u velikom dijapazonu: od onih koje su po svojim dimenzijama lokalnog karaktera, do onih koje zahvataju velika područja. U inženjerstvu je opšte prihvaćeno, da se tim procesima ne treba niti može suprostavljati, već ih treba što bolje izučiti, predvideti i prilagoditi objekte tako da štetne posledice budu što je moguće manje.

Poremećaji koji nastaju u stenskim masama nazivaju se tektonski poremećaji, a pokreti koji su prouzrokovali nastale poremećaje nazivaju se tektonski pokreti. Posledica njihovog delovanja su: nagnuti slojevi sedimentnih stena; brojni rasedi; naborni oblici; tektonske pukotine u stenama, zemljotresne aktivnosti i dr. Tektonski pokreti su izazvani jakim dejstvom pritiska koji potiču od magmatskih procesa, metamorfnih izmena, radioaktivnog raspadanja, oslobadjanjem unutrašnjih napona. Deformacije koje nastaju u stenama zavise od više faktora kao što su: fizička svojstva stene, dubine odvijanja procesa, vremena njihovog trajanja, temperature, prisustva rastvarača i dr. Navedeni faktori izazivaju dve vrste deformacija: elastične (povrtatne) i plastične (nepovratne). Strukturne oblike u stenskim masama najlakše je izučavati u slojevitim-sedimentnim stenama. Razlog tome je u činjenici da se slojevi lako vizuelno prate, da se geološkim kompasom može dovoljno pouzdano meriti njihova orijentacija, kao i u tome da se drugi elementi sklopa i sve druge planare mogu orijentisati u odnosu na slojeve.

6.1. Nabiranje stenskih masa

Nabiranje stenskih masa je prirodni, relativno dugotrajan, proces kojim se stenske mase izvode iz svog prvobitnog položaja i dovode u neki drugi. Proces je ponovljiv što znači da se jednom ubrane stenske mase, u nekom sledećem ciklusu izmena, mogu ponovo pomerati i dovoditi u neki novi položaj. To ukazuje na složenost problematike, kao i na to da izučavanje procesa, na osnovu posledica, mora obuhvatiti i te činjenice. Najjednostavniji slučajevi ubiranja su oni kada su prvobitno subhorizontalni ili horizontalni slojevi prvi put dovedeni u neki nagnuti položaj. Tada novonastali oblici mogu imati kompletno razvijene bore, ili mogu biti u položaju da svi slojevi monoklino padaju samo na jednu stranu.

Procesi ubiranja stenskih masa se često u stručnoj literaturi nazivaju i tangencijalnim poremećajima. Takav naziv im potiče zbog toga što su oblici prevashodno

99

nastali delovanjem tangencijalnog naprezanja na stenske mase. Pravac dejstva glavnog napona koji izaziva smicanje u stenskoj masi, time i ubiranje, je ujedno i pravac u kom se vrše najveća smicanja i pomeranja. Time nastaju ubrani, povijeni, oblici slični talasima kod talasnog kretanja.

Kompletan naborni oblik, bora, sastoji se od jednog izdignutog-konveksnog i jednog ulegnutog-konkavnog, oblika. Izdignuti deo se naziva antiklinala nabora, a ulegnuti deo čini sinklinalu (Sl.6.1.). Prevojno područje antiklinale naziva se teme ili greben antiklinale, a prevojno područje sinklinale naziva se dno. Bočni delovi antiklinale i sinklinale nazivaju se krila a obeležvaju se stranama sveta, ili preciznije elementima pada. Unutrašnji deo antiklinale i sinklinale, izmedju njihovih krila naziva se jezgro antiklinale, odnosno jezgro sinklinale. Zamišljena ravan koja polovi antiklinalu ili sinklinalu na dva simetrična dela je aksijalna površ. Presečnica zamišljene simetralne ravni i slojeva u antiklinali i sinklinali čini osu antiklinale ili sinklinale. Ose nabora mogu biti horizontalne ili sa odredjenim padom u odnosu na horizontalnu ravan. To zavisi od prostronog položaja nabora. Prostorni položaj aksijalne površi kod nabora prikazuje se takodje elementima pada tj. aizmutom pada i padnim uglom.

U jezgru antiklinale su najstariji, a prema krilu sve mladji sedimenti, dok je kod sinklinale raspored slojeva takav da su u jezgru najmaladji. Izuzetak od toga može biti kada se radi o prevrnutoj antiklinali ili prevrnutoj sinklinali.

Sl.6.1. Antiklinala (a); sinklinala (b); elementi nabora (c)

Vrste nabora

Nabori mogu biti različiti. Osnovna i najvažnija podela je u vezi položaja krila prema aksijalnoj ravni (Ap), položaju aksijalne ravni prema horizontallnoj ravni, prema veličini nabora. Prema položaju krila u odnosu na aksijalnu površ nabori se dele na: normalne, izokline i lepezaste. Normalni karakterišu pravilne i simetrične antiklinale i sinklinale čija krila konvergiraju prema prevojnom delu-šarniru (Sl.6.2. ). Izoklini nabori imaju krila paralelna sa aksijalnom površi, a kod lepezastih nabora krila se naizmenično lepezasto šire, pa konvergiraju, prema aksijalnoj površi.

100

Sl.6.2. Vrste nabora: 1-normalan, 2-izoklin, 3-lepezast,4-uspravan, 5-kos, 6-prevrnut, 7-polegao, 8-zagnjuren

Osim navedenih oblika nabora uZemljinoj kori, mestimično su obrazovani i drugi oblici nabora kao što su doma i basen. Doma je zatvoren antiklinalan nabor, sa blago kupasto zasvedenim temenom, a basen je sinklinalni oblik, sa blagim nagibom strana ka svome dnu.

Ubiranje je regionalni proces, koji nastaje kao posledica orogenih pokreta. Ako se regionalno posmatraju novonastali oblici onda se u regionalnom profilu terena nalaze raznovrsne stenske mase. Medjutim, ako se lokalno analiziraju produkti tog procesa onda se može govoriti i o procesu ubiranja jedne te iste serije slojeva. I tako, lokalno posmatrano, može se ubiranje svesti na deformisanje slojeva jedne iste stenske mase, ili je u ubranoj seriji više litoloških vrsta stena. Prema tome, moguće je izučavati naborne oblike koji su relativno malih dimenzija, a takodje i one koji su veliki. Kada se u seriji slojeva nalaze različite vrste stena, česta je pojava da će se i te stene različito ponašati pri deformisanju, bilo da se radi o deformacijama u smislu prekoračenja čvrstoće na pritisak, bilo da se radi o smicanju stene. Po pravilu, kada se smenjuju čvrste (krečnjaci) i relativno meke stene (glinci) u uslovima kada se one ubiraju dolazi do toga da se u krečnjacima obrazuju mnogobrojne pukotine, a u stenama koje su u datim uslovima podložne plastičnom tečenju obrazovaće se brojni sekundarni plikativni, naborni, oblici. Pošto su takvi mali nabori nastali unutar jednog te istog litološkog člana uobičajeno se nazivaju medjuslojnim naborima (Sl. 6.3.).

101

Sl.6.3. Antiklinala sa medjuslojnim naborima (a); kinematski oblici formiranja nabora (b)

Proces ubirananja stenskih masa, u sklopu terena, je praćen obrazovanjem mnogobrojnih nabornih oblika. Zbog toga, regionalno posmatrano, ne može se govoriti o pojedinačnim naborima već o proceesu ubiranja kojim su nastali mnogobrojni oblici. Ono o čemu se mora voditi računa je to da proces ubiranja nikada ne teče izolovano, samostalno, već je praćen i drugim endogenim procesima. To, pak, znači da su nabiranja praćena i rasedanjima terena, što za posledicu ima direktan odraz i na nabore. Naime, rasedanjem dolazi do prekidanja stenskih masa duž rasednih površina, time i do toga da nabori bivaju prekinuti. Usled delovanja jakih orogenih pokreta u pojedinim delovima zemljine kore obrazuju se složeni naborni oblici, koji imaju oblike velikih antiklinala i sinklinala, sa dosta manjih nabora.

Dimenzije pojedinačnih nabornih oblika su vrlo različite, od malih do velikih. Amplitude ili rasponi sitnih nabornih oblika mogu biti nevidljivi golim okom, do onih koji su toliko veliki da je moguće odrediti njihove dimenzije tek kada se svi prikupljeni podaci o naboru nanesu na situacionu osnovu relativno sitne razmere. To znači da pri rešavanju odredjenih praktičnih problema treba u svakom konkretnom slučaju doneti odluku do kog niova detaljnosti treba ispitivati naborne oblike. To najvećim delom zavisi od konkretnog problema koji se rešava, odnosno od dimenzija objekta i značaja ispitivanog svojstva. Načelno posmatrano, treba prikupiti na terenu što je moguće više podataka o naborima, a pri kabinestkoj obradi prikazati ono što je bitno i što doprinosi rešenju odredjenog stručnog problema.

Složeni naborni oblik, sa više manjih, kod koga je obvojnica svih tih manjih oblika jedna velika antiklinala, naziva se antiklinorijum. Isto tako složeni oblik sa obvojnicom koja je u formi sinklinale čini sinklinorijum. Rasponi takvih oblika mogu biti više desetina kilometara.

Strukturni oblici koji su vrlo slični naborima su navlake. One mogu nastati kada usled dejstva jednostranih pritisaka polegle bore budu otkinute od svog korena i navučene preko terena izgradjenog od istog ili drugačijeg sastava.

Značaj nabornih oblika je, uglavnom, dvojak. Prvo, oblici su markantne strukture, koje predodredjuju geometrijske elemente stenskih masa u sklopu terena. Iz toga proizilazi činjenica da dobro rešena naborna struktura predstavlja deo rešenja i svih drugih geometrijskih elemenata koji su sa njima u vezi. Drugo, medjuslojne površine, u nabranim

102

strukturama, su glavni predisponirani pravci smicanja. To, pak, znači da će parametri otpornosti na smicanje duž njih biti merodavni, u velikoj većini praktičnih problema. Otpornost smicanju je naročito smanjena ako su npr. izmedju krečnjačkih slojeva prisutne gline. Takvih pojava u prirodi ima, a medjuslojne gline mogu biti debljine svega nekoliko mm. Mogu se nalaziti izmedju svakog sloja, singenetskog su ili drugog porekla.

6.2. Rasedanje

Rasedanje je geološki proces pri kome se vrši pomeranje blokova stenske mase po rasednoj površini. Pomeranja blokova mogu biti: uz rasednu povrašinu; niz rasednu površinu; u horizontalnom pravcu. Kao posledica rasedanja nastaju rasedi, koji predstavljaju prekide materijalnog jedinstva u stenskoj masi. Ovako definisani rasedi su slični smičućim pukotinama. Ustvari relativnost pomeranja i relativnost iznosa pomeranja, je evidentna i zavisi od razmere posmatranja. Ono što je u mikroskopu posmatrano sa značajnim iznosom pomeranja, golim okom i ne mora da se vidi. Isto tako jedna te ista pojava može biti u jednom slučaju smičuća pukotina, u drugom ta ista pukotina se može označavati kao mali rased.

Rasedne blokove čine stenske mase koje su kretane, a nalaze se sa jedne ili druge strane raseda (Sl.6.4.). Prostorno posmatrano, blok može biti podinski, onaj koji je ispod i povlatni blok, onaj koji je iznad podinskog. Ako je rasedna površina strogo uzevši vertikalna ravan, onda se blokovi označavaju po stranama sveta.

Sl.6.4. Shematski prikaz rasedaa) dva rasedna bloka; b) profil terena sa karakterističnim ugljenim slojem

Po rasednoj površini je izvršeno smicanje-kretanje blokova stenske mase. Zbog toga, ona je po pravilu glatka, smičuća, sa tragovima smicanja-harnišama. Lako ju je zapaziti i pratiti na otkrivenim delovima terena. Često rasedna površina nije jedna kontaktna površina medju blokovima, već je smicanje izvršeno duž rasedne zone. U njoj su, po pravilu, sve pukotine smičuće, glatke, a brojne su. Stenska masa je intenzivno usitnjena, do iverastih oblika i veličine. Debljina takvih zona u terenu može biti svega nekoliko cm do

103

više desetina m. Tako npr. u tunelu Križevići: na pruzi Tuzla-Zvornik, pregledom iskopa registrovane su takve zone debljine do 40 m. Ako su debljine rasednih zona veće, tada su i veće dužine raseda. U svetu su poznati rasedi čija je dužina nekoliko stotina kilometara, pa se kao takvi mogu lako pratiti samo na statelitskim snimcima.

Celokupni iznos pomeranja, meren u pravcu pomeranja, se izražava vektorom celokupnog kretanja (VCK). Vertikalna komponenta navedenog vektora naziva se skok raseda, a horizontalna komponenta hod raseda.

Svojstva rasedne površine i stena u rasednim zonama su od velikog praktičnog značaja. Po pravilu stenska masa je u kontaktnoj zoni sa rasedom ispucalija, oštećenija, alterisanija. Kao posledica toga rasedi i rasedne zone predstavljaju, u suštini, oštećeniju stensku masu nepovoljnijih svojstava. Duž njih će u iskopima biti povećane nestabilnosti iskopa, povećani pritisci, povećani dotoci vode, predisponirani pravci kretanja gasova, oni predstavljaju površine duž kojih su najveći uticaji zemljotresnih aktivnosti. Ako su u pitanju aktivni rasedi, duž kojih se i sada odvijaju pomeranja, oni u tom slučaju predstavljaju glavne predisponirane pravce duž kojih će doći do oštećenja objekata. Zato se naročito kad su u pitanju izrazito osetljivi objekti, kao npr. nuklearne elektrane, izučavanju rupturnog sklopa daje značajno mesto. U rudničkoj geologiji rasedi su takodje od velikog značaja. Naime, duž njih je nekada dolazilo do orudjnjeja, najčešće do prekida i pomeraja korisne mineralne supstance.

Vrlo često izučavanje rupturnog sklopa je otežano, naročito u područjima koja su u površinskoj zoni terena izgradjena od kvartarnih sedimenata.

Klasifikacija raseda

Postoji više vrsta raseda. Prema pravcu kretanja blokova dele se na: normalne, reversne i horizontalne (Sl.6.5.). Kod normalnih raseda izvršeno je kretanje povlatnog bloka niz rasednu površinu. Kod reversnog, povlatni blok je izdignut na gore. Rasedi kod kojih je došlo samo do horizontalnog pomeranja blokova nazivaju se horizontalni rasedi. Svi navedeni rasedi su česte pojave u terenu.

Rasedima mogu biti presečeni horizontalni, kosi ili vertikalni slojevi ili druge geološke strukture. Zavisno od toga u kakvom su medjusobnom odnosu rasedna površina i slojevitost rasedi se dele na: podužne, poprečne i dijagonalne. Podužni rasedi imaju paralelno pružanje sa pružanjem slojeva ili aksijalnim površima nabora. Dijagonalni rased preseca slojeve i aksijalne površi nabora pravcem koji je dijagonalan, tj. nije ni u pravcu pada ni pružanja slojeva. Poprečni rasedi presecaju pomenute elemente upravno.

a) b) c)

Sl.6.5 . Vrste raseda prema pravcu kretanja blokova a) normalni, b) reversni, c) horiznontalni

104

UZemljinoj kori rasedi se obično ne pojavljuju pojedinačno i bez ikakvog reda. Njihov raspored često ispoljava odredjenu pravilnost koja je uslovljena pravcima naprezanja stenskih masa. Stoga se kod većeg broja raseda često mogu uočiti pravilne gupacije. Njihovo pojavljivanje tada obrazuje karakteristične oblike poremećaja uZemljinoj kori, odnosno složene oblike raseda kao što su: paralelni, ešalonirani, stepeničasti, radijalni, prstenasti, rov, horst.

Paralelni rasedi imaju većinom iste elemente pada, dok im medjusobna odstojanja mogu biti ista ili različita. Ešalonirani rasedi nastaju pri ešaloniranom rasporedu pukotina. Prstenasti rasedi čine delove koncentričnih krugova oko nekog centralnog područja, dok su radijalni rasedi radijalno rasporedjeni oko nekog centralnog područja. Ove dve vrste raseda se često javljaju zajedno. Stepenasti rasedi koji se još zovu i kaskadni rasedi, su nagnuti u istom smeru, a istosmerni blokovi im se stepenasto spuštaju sve niže jedan od drugog.

Rov je potolina stvorena spuštanjem mahom većeg bloka stenskih masa, izmedju dva ili više medjusobno paralelnih raseda, odnosno sistema kaskadnih raseda. Rovovi ponekad mogu biti i vrlo velikih dimenzija, kao što je Rajnski rov izmedju Švarcvalda i Vogeza u Nemačkoj ili rov doline Velike Morave.

Horst je izdužen blok, koji je zaostao posle spuštanja terena duž paralelnih ili kaskadnih raseda. Redje horst može nastati i izdizanjem centralnog izduženog bloka duž složenih rasednih struktura. Lep primer horsta je Fruška Gora, dužine oko 40, širine oko 10 km.

Slično ubiranjima zemljine kore, koja su se dogadjala u više faza, u njoj su se obrazovali i rasedi različitih geoloških starosti. Stoga se mestimično uZemljinoj kori mogu naći stariji rasedi presečeni mladjim. Tektonski sklop tada postaje komplikovan naročito ako su na istom terenu združena ubiranja i rasedanja stenskih masa.

Rasedi se lako uočavaju u terenima izgradjenim od slojevitih stena po njihovom diskontinuitetu, po povijanju slojeva uz rasede, po nagloj promeni pravca pada i padnog ugla, kao i po zdrobljenom materijalu duž rasednih površina ili rasednih zona. Po rasednoj površini se obrazuju glatke površine koje se nazivaju rasedna ogledala sa tragovima smicanja-harnišama.

Sl.6.6. Složeni rasedi: a) tektonski rov, b) Horst (graben, timor)

105

6.3. Seizmičnost terena

Sizmičnost terena obuhvata sve prirodne pojave koje su u vezi zemljotresnih aktivosti na Zemlji. Zemljotresi su kratkotrajna vibraciona pomeranja uZemljinoj kori. Najčešće oni su odraz tektonske aktivnosti, unutar zemljine kore, manji broj je nastao usled aktiviranja vulkana, proloma velikih podzemnih pećina, ili ljudskim aktivnostima (masovna otpucavanja na velikim kopovima, ili npr. zbog podzemnih atomskih proba). U svakom zemljotresu vrši se oslobadjanje ogromnih količina energije. Kao posledica toga formiraju se talasi koji se kreću od hipocentra u svim pravcima. Talasi se kreću krozZemljinu koru po pravilima talasnog kretanja i to tako da se kod longitudinalnih vrši oscilovanje čestica u pravcu kretanja, kod transverzalnih se vrši oscilovanje upravno na pravac kretanja talasa. Često se longitudinalni talasi nazivaju podužni ili prvi, zbog toga što se najbrže kreću i prvi stižu do mernih stanica i objekata uopšte. Transverzalni se još nazivaju poprečni ili sekundarni. Njihov nailazak je sa zakašnjenjem u odnosu na prve. Kada su talasna kretanja takvog intenziteta da ih čovek može da registruje svojim čulima nazivaju se makroseizmima. U slučajevima kada su pomeranja takva da ih čovekova čula ne registruju, nazivaju se mikroseizmi. Obe vrste pomeranja precizno registruju zato napravljeni instrumenti, koji se nazivaju seizmografi. Oni rade na principu klatna.

Zemljotresi su prirodne nepogode, često ogromnih razmera. Rušilački do katastrofalni, koji se svake godine dogadjaju, uništavaju ogromno bogatstvo i odnose veliki broj ljudskih žrtava. Dešavaju se iznenada, a nauka još uvek ne može da tačno predvidi kada će to biti. Trajanje zemljotresa je svega nekoliko sekundi, stim što se po pravilu, posle glavnog udara, javlja više slabijih udara različitog intenziteta. Ta kasnija pomeranja tla, ukazuju na proces smirivanja zemljotresne aktivnosti. Zemljotresi izazivaju i druge zastrašujuće pojave kao što su: buka i tutnjava usled rušenja i pucanja objekata, buka usled pucanja i prolamanja unutar zemljine kore; požare; poplave; velike talase na moru; klizanja terena; saobraćajne nesreće usled deformisanja puteva i pruga. Sve to izaziva paniku u narodu.

Sl.6.7. Zemljotresom srušen hotel Slavija u Budvi 1979.g., po D.Aničiću

106

U istoriji civilizacije zabeležen je veliki broj jakih zemljotresa. Radi ilustracije, kolike su razmere prirodne nesreće izazvane zemljotresima, navedeno je nekoliko primera.

• Pri zemljotresu u Riobambi (J. Amerika, podnožje Čimborasa) 1797.g. pomeranja tla su bila tako intenzivna da su se podizale nadgrobne ploče, sanduci su iznošeni iz grobova.

• Zemljotres u Šan-Siu, u centralnoj Kini,1556.godine usmrtio je 830.000 ljudi. • Za vreme poznatog lisabonskog zemljotresa 1755.godine mnogo ljudi se

skupilo na morsko pristanište posle prvih udara. U toku sledećih podrhtavanja deo pristaništa je potonuo, zajedno sa ljudima. Pored toga porušene su mnoge kuće i poginulo je više od 60.000 ljudi.

• U Indiji 1897. godine, za vreme katastrofalnog zemljotresa poginulo je više od 1 000 000 ljudi i porušeno je preko 1 500 000 kuća.

• Na bazi istorijskih zapisa o zemljotresima, sigurno se može tvrditi da će se zemljotresi, koji su se desili na nekom području, u budućnosti ponoviti. Tako npr. zemljotresi, koji su se dešavali u području Dubrovnika, više puta su obnavljani. U periodu od 365-1781. Dubrovnik je razaran više od 10 puta. Za vreme zemljotresa 1667. godine grad je potpuno porušen i bilo je nekoliko hiljada ljudskih žrtava. U tom zemljotresu stradale su i mnoge druge varoši duž jadranske obale.

• 17. 1. 1995. godine dogodio se zemljotres u Japanu od koga je najviše stradao lučki grad Cobe i njegova okolina. Poginulo je više od 5.000 ljudi, a materijalna šteta je procenjena na preko 60 milijardi dolara. Pored rušenja mnogobrojnih objekata, koji nisu aseizmički gradjeni, pri potresima su potpuno oštećeni i postali neupotrebljivi i neki aseizmički gradjeni objekti. Razlog tome su izrazito velike amplitude oscilovanja tla. Osim zgrada, velika razaranja su na: prugama, mostovima, luci, dovodnicima struje i gasa i dr. U gradu su, usled pucanja dovodnika gasa za grejanje i njegove lake zapaljivosti, buktali mnogobrojni požari.

• 26.1.2001.g snažan zemljotres je pogodio državu Gudžarat koja se nalazi na zapadu Indije. Jačina zemljotresa je bila 7.9 stepeni Rihterove skale. Procenjuje se da je poginulo oko 30 000 ljudi, materijalne štete su preko 10 milijardi dolara. U pružanju pomoći preživelim i raščišćavanju ruševina je učestvovalo oko 20 000 vojnika, takodje brojne spasilačke ekipe. Prema dostupnim snimcima sa terena jasno je da su porušeni mnogobrojni objekti, uključujući i one koji su solidno gradjeni. Jasno su vidljive, na terenu, brojne dugačke zjapeće-otvorene pukotine nastale kao posledica tektonskih aktivnosti duž rasednih struktura.

Nauka koja se bavi izučavanjem zemljotresa naziva se seizmologija. Najvažnija pravci razvoja seizmologije su:

- Prikupljanje i obrada podataka o opštoj seizmičkoj opasnosti teritorije; - Mikroseizmička rejonizacija teritorije; - Utvrdjivanje kvantitativnih karakteristika vibracija tla; - Razvoj instrumenata i merne tehnike za potrebna merenja.

Zemljotresi se dešavaju svakodnevno. Radi ilustracije, u tablici br.6.1. data je učestalost dogadjanja zemljotresa i njihove jačine, a na Sl. 6.8. zoniranje bivše Jugoslavije prema osnovnom stepenu seizimičnosti.

107

Sl.6.8. Seizmogeološka karta bivše Jugoslavije, po J.Mihajloviću

Zemljotresima su naročito ugrožena pojedina područja na Zemlji (Sl.6.9.). Prema istorijskim i registrovanim podacima o zemljotresima najugroženija područja su:

1. Mediteransko ili Alpsko-himalajsko područje, u kome se dogadja oko 53% svih potresa na Zemlji;

2. Cirkumpacifičko ili Indo-himalajsko-japansko područje sa 41% svih potresa na Zemlji.

Tablica br.6.1.: Učestalost zemljotresaJačina zemljotresaMCS(stepeni)

Broj zemljotresa na Zemlji(godišnje)

10 39 118 807 4006 1300

108

Sl.6.9. Epicentri svih registrovanih zemljotresa od 1913.-1930. godine, po E.Belami-u

Područja u kojima su zemljotresi česta pojava nazivaju se seizmičkim. Ima područja na Zemlji gde do sada zemljotresi nisu registrovani. Takva područja nazivaju se aseizmičkim. Područja u kojima su zemljotresi vrlo retki nazivaju se peneseizmičkim. Najredje se dešavaju zemljotresi i najslabiji su po intenzitetu, u sledećim područjima: u severozapadnim i severnim delovima Evrope, na Britanskim ostrvima, severnim delovima Azije, Sibiru, severoistočnim i istočnim delovima Amerike, severozapadnim delovima Afrike, središnjoj Australiji i na Grenlandu. Kada se analizira geološka gradja i tektonske aktivnosti navedenih područja, dolazi se do zaključka da su to područja "starih ukočenih masa". Nasuprot tome, zemljotresi su najčešći u područjima mladih venačnih planina, u kojima orogeni pokreti još traju. Takodje zemljotresi su vezani i za obode starih masa koje se raskomadavaju kao npr. južni deo Rodopske mase na Balkanskom Poluostrvu.

Elementi zemljotresa

Mesto gde se uZemljinoj kori vrši oslobadjanje ogromnih količina energije, usled čega dolazi do podrhtavanja i talasnog kretanja čestica stena i vode, naziva se hipocentar (fokus, ognjište, žarište). To nije jedna tačka, već relativno veliko područje. Od njega se zemljotresni (trusni) udar širi u svim pravcima. Vertikalno iznad hipocentra, na površini terena, je epicentar zemljotresa. Obzirom da je to najkraće rastojanje, logično je da je u epicentralnom području, po pravilu i najveće udarno dejstvo zemljotresa. Rastojanje od epicentra do neke posmatrane tačke naziva se epicentralno rastojanje. Sa povećanjem tog rastojanja, smanjuje se uticaj zemljotresa, s napomenom da sve to zavisi i od specifičnosti terena tj. od vrsta stena, podzemnih voda, debljine raspadnutog materijala, prisustva klizišta i raseda.

Epicentralna rastojanja se mogu odrediti na bazi zapisa o zemljotresu na jednoj mernoj stanici, kada je ugradjena dodatna oprema koja može da registruje nailaske talasa iz tačno odredjenog pravca. U suprotnom se samo zna rastojanje, ali ne i pravac iz koga su talasi došli. Da bi se taj problem rešio dovoljno je imati zapise sa tri merne stanice i na bazi presečnice krugova tri epicentralna rastojanja definiše se epicentar zemljotresa.

109

Zemljotresne aktivnosti su praćene kretanjem longitudinalnih transverzalnih, površinskih i drugih talasa. Kao i svaki talas, navedeni se odlikuju talasnom dužinom, amplitudom, periodom oscilovanja, brzinom kretanja i dr. Za svaki zemljotres, na seizmološkim stanicama, registruju se, ili se mogu naknadno odrediti, svi navedeni kvantitativni podaci sa odgovarajućih zapisa (velositigrami-zapisi brzina oscilovanja; akcelerogrami-zapisi ubrzanja oscilovanja čestica tla na mestu mernog aparata). Iz zapisa je, takodje, moguće lako odrediti vremena nailazaka pojedinih vrsta talasa. Kvantitativni podaci o zemljotresima (Sl.6.10.) se registruju seizmografima na mernim stanicama. Seizmografa ima više vrsta. Svi oni funkcionišu na principima oscilacija klatna. Osnovni delovi su im: klatno, deo za stišavanje klaćenja, registrator, časovnik.

Sl.6.10. Horizontalna ubrzanja, brzine i pomeranje tla za vreme zemljotresa u Banja Luci, 13.08.1981.g. , Registracija Banja Luka, IMB,NS

Longitudinalni talasi se kreću kroz stene i vodu većom brzinom nego transverzalni. Transverzalni se kreću samo kroz čvrstu materiju, ne prostiru se kroz vodu u tečnom stanju. Njihove brzine se mogu izračunati na osnovu formula:

⋅µ−µ+

µ−

ρ=

)21)(1(

1eE

lv

110

)1(2

1eE

tvµ+

⋅ρ

=

gde su:Ee - modul elastičnosti stenske masevl - Brzina prostiranja elastičnih longitudinalnih talasavt - Brzina prostiranja elastičnih transverzalnih talasaρ - Specifična masaµ − Poisonov koeficijent (najčešće 0,2-0,3)

U slučajevima kada su dinamičkim metodama ispitivanja (geofizičkim) izmerene brzine prostiranja elastičnih talasa, moguće je prema datim formulama, odrediti dinamičke module elastičnosti stenske mase. Neophodno je napomenuti da su tako odredjene vrednosti modula elastičnosti višestruko veće nego kada se to odredjuje statičkim metodama.

Za projektovanje, izgradnju i eksploataciju gradjevinskih objekata, treba znati jačinu zemljotresa u hipocentru (Mz), odnosno epicentru (Iz). U tom smislu predloženo je više skala intenziteta zemljotresa (Merkalijeva 1-12, Rihterova 1-9 i mnoge druge). Linije koje razgraničavaju područja istog intenziteta zemljotresa naizvaju se izoseistama. Kada bi stenske mase bile homogene i izotropne, tada bi izoseiste bile koncentrični krugovi, a intezitet zemljotresa bi bio sve manji udaljavajući se od epicentra. U stvarnosti izoseiste su najčešće izduženog-elipsastog oblika (Sl.6.11.), sa izduženjima u pravcu neke rasedne strukture.

Za potrebe racionalnog projektovanja objekata, veoma je važan parametar koji je nazvan koeficijent seizmičnosti. On predstavlja odnos ubrzanja čestica tla u odnosu na ubrzanje zemljine teže (k=a/g). Koeficijent seizmičnosti je jedan od parametara koji je direktno uvršćen u formulu za proračun seizmičke sile. Njegove vrednosti su od 0,0002-0,5.

Sl.6.11. Izoseiste Ašhabadskog zemljotresa 6.oktobra 1948.godine, po S.V.Medvedevu

111

Geološki elementi značajni za seizmičnost područja

Najvažniji geološki elementi koji predodredjuju aktivnost zemljotresa su rasedi i rasedne zone, po kojima se odvija tektonska aktivnost uZemljinoj kori. Izučavanje raseda, a naročito utvrdjivanje kvantitativnih podataka o njima, kao i procesa i pojava duž rasednih površina, je veoma komplikovan, dugotrajan i skup istraživački posao. Možda u tome i jeste odgovor na pitanje, zašto još uvek nisu zadovoljavajuće rešeni mnogi problemi koji su u vezi sa nastankom zemljotresa i prognozom kada će se oni dogoditi.

Znatno manji broj zemljotresa, u odnosu na tektonske, vezan je za prolamanje tavanica i zidova velikih podzemnih šupljina, takodje i za ljudske aktivnosti koje su u vezi sa otpucavanjima-miniranjima u stenskoj masi.

Kada se zemljotres dogodi, njegov uticaj na objekte zavisi od mnogih geoloških elemenata. U pogledu reljefa, bolje je kada se radi o horizontalnom nego raščlanjenom reljefu. Slično je i sa slojevitošću stenskih masa. Povoljnije je kada su slojevi horizontalni nego kada su nagnuti. Uticaj zemljotresa je veći na površini terena ili površinskoj zoni, nego u dubljim delovima terena. U tom smislu znatno više su ugrošeni nadzemni objekti nego podzemni.

Pri dejstvu zemljotresa, različiti su njegovi uticaji na objekte koji su izgradjeni na različitim vrstama stena. Kada podlogu čine čvrste stene, sa relativno velikim vrednostima brzina prostiranja elastičnih talasa, oštećenja na objektima su manja nego pri dejstvu tog istog zemljotresa na objekte koji su fundirani u poluvezanim i nevezanim stenama. Pogotovu su nepovoljna nasuta tla, kod kojih su brzine prostiranja talasa znatno manje nego kod čvrstih stena. Povoljnije je kada teren izgradjuju neraspadnute stene, bez alteracija. Ako izmene postoje, bolje je da su raspadnute stene debljine više desetina i stotina metara nego kada je mala debljina rastresitog pokrivača na površini terena. Bolji su tereni bez klizišta, odrona i sipara, nego oni u kojima postoje tvorevine tih savremenih geoloških procesa.

Podzemna voda utiče na povećanje osnovnog stepena seizmičnosti i to samo u slučajevima kada je dubina do nivoa podzmene vode (NPV) manja od 10 m. Što je manja dubina do NPV to je uticaj vode veći.

Nastanak zemljotresa

Velika većina zemljotresa je izazvana procesima primarne tektogeneze. Ti procesi se odvijaju duboko uZemljinoj utrobi. Predpostavlja se da se na dubini od 400-900 km vrši izmena u tipu veza u kristalnoj rešetci. Naime, pod dejstvom velikih pritisaka dolazi do transformacija materije iz jonskog tipa veze u kristalnoj rešetci u kovalentni tip veze. To je praćeno povećanjem gustine, transformacijom velike količine energije i pomeranjima ogromnih količina materije uZemljinoj kori. Pomeranja materije mogu biti raznovrsna. U nekim slučajevima, kada se radi o plastičnijim stenskim masama, vrši se pomeranje materije u formi plastičnog tečenja čime se formiraju nabori. U drugim slučajevima dolazi do koncentracije smičućih napona i kretanja duž kontaktnih površina pojedinih blokova (raseda i rasednih zona). Kao posledica toga, najčešće, nastaju tektonski zemljotresi tj. vrši se vertikalno vibraciono pomeranje uZemljinoj kori.

112

Rasede i rasedne zone, u seizmičkim oblastima, pojedini seizmolozi nazivaju seizmičkim spojnicama. G.A.Gamburcev je postavio sledeće hipoteze u vezi nastanka zemljotresa:

• Ognjišta jakih zemljotresa su u vezi sa zonama dubokih raseda uZemljinoj kori, tj. sa seizmičkim spojnicama;

• Jak zemljotres, čije je ognjište povezano sa nekim odredjenim mestom seizmičke spojnice, je pokazatelj moguće seizmičnosti čitave spojnice u celini, a takodje i susednih ukoliko su one medjusobno povezane;

• Seizmički režim odredjenog sistema seizmičkih spojnica je u proseku konstantan u relativno dugom vremenskom periodu (za više stotina godina).

Prema navedenim hipotezama sledi da su osnovni i najvažniji uslovi koji dovode do nastanka zemljotresa, razaranje pojedinih delova seizmičkih spojnica usled velikih smičućih naprezanja. Takodje, zemljotres koji se jednom desio, treba očekivati i u budućnosti.

Najopasnije zemljotresne zone su one u kojima su najveće veličine gradijenata brzina vertikalnih pomeranja.

Druga vrsta zemljotresa po nastanku su vulkanski. Genetski oni su vezani za aktivne vulkane. Manifestuju se kao i tektonski, ali na znatno manjoj površini i po pravilu znatno manjih su intenziteta. Takodje, u odnosu na tektonske, oni su relativno retka pojava.

Urvinski zemljotresi nastaju kao manifestacija prolamanja velikih podzemnih šupljina. Njima je ugroženo relativno malo područje oko epicentra i znatno su slabijeg intenziteta od tektonskih.

Zemljotresi izazvani čovekovom aktivnošću su tzv. antropogeni. To su ustvari kratkotrajna vibraciona pomeranja koja se osećaju i registruju naročito u zonama oko velikih kopova pri masovnim miniranjima, a takodje pri podzemnim atomskim probama.

Klasifikacije zemljotresa

Postoji dosta klasifikacija zemljotresa: po dubini epicentra; po nastanku; po intenzitetu i dr.

U pogledu intenziteta zemljotresa predložene su brojne klasifikacije zemljotresa. Najčešće su u upotrebi Kankani-Ziberg-Merkalijeva skala po kojoj se zemljotresi dele na 1-12 stepeni (tablica br.6.2.) i Rihterova skala sa podelom od 1-9 . Prva označava jačinu zemljotresa u epicentru, a druga jačinu zemljotresa u ognjištu. Korelativna zavisnost izmedju jačine zemljotresa u epicentru i jačine zemljotresa u hipocentru je sledeća:

Iz = 1,5 Mz - 3,5 logh + 3gde su:

Mz - jačina zemljotresa u hipocentru - magnituda; h - dubina do hipocentra zemljotresa (km); Iz - jačina zemljotresa u epicentru.

113

Tablica br.6.2.: Kankani - Merkali - Zibergova skala intenziteta zemljotresaJačina zemljotresa

Naziv zemljotresa

Koeficijent seizmičnosti (k)

Opis dejstva zemljotresa

1 Mikroseizmički potresi

0,0002 Registruju ih samo seizmički aparati

2 Vrlo slab 0,0005 Samo pojedini ljudi ih jedva osete3 Slab 0,001 Oseća se kao lak potres kad prodju teška

kola4 Umeren 0,002 Na otvorenom prostoru ih retko ko oseti. U

zgradama se čuje zveckanje posudja, škripanje gradje i nameštaja

5 Osetni 0,005 Ljuljaju se tanke grane. Klate se viseći predmeti

6 Jak 0,01 Svi ljudi ih osećaju, otpada malter i nastupaju druga manja oštećenja

7 Vrlo jak 0,02 Oštećuju se lošije zidani objekti, vidljive su pukotine i otpadanja maltera. U vodama reka i jezera formiraju se talasi

8 Rušilački 0,05 Ruše se fabrički dimnjaci i pojedine zgrade. Pukotine se vide i na dobro gradjenim objektima i u terenu. Preturaju se pojedini spomenici.

9 Pustošni 0,10 Nastupaju oštećenja na aseizmički gradjenim objektima

10 Uništavajući 0,25 Ruše se dobro gradjene zgrade, mostovi i dr. Deformišu se i kidaju linijski objekti. Aktiviraju se brojna klizišta i odroni

11 Katastrofalni 0,50 Ruše se skoro svi objekti. U terenu nastaju velike pukotine

12 Neobično katastrofalni

0,50 Svi objekti se ruše. U reljefu terena nasupaju velike promene: menjaju se korita reka, nastaju velika klizišta, odroni, dugačke pukotine i dr.

U cilju smanjenja subjektivnosti, pri oceni intenziteta zemljotresa, Medvedev, Šponhojer i Karnik su predložili seizmičku skalu, u kojoj pored kvalitativnih ima i dosta kvantitativnih podataka (tablica br.6.3.). Po toj klasifikaciji zemljotresi su podeljenii na dvanaest stepeni, sa opisom sličnim kao u Kankanijevoj skali. Osim toga dati su kvantitativni podaci o iznosu pomeranja čestica tla pri oscilatornom kretanju, brzini i ubrzanju.

114

Tablica br.6.3.: Medvedev - Šponhojer - Karnikova skala intenziteta zemljotresaJačina zemljotresa

a (cm/s2) v (cm/s) x0 (mm) Opis dejstva zemljotresa

1 Vibracije tla registruju se samo instrumentalno

2 Samo poneko od ljudi oseća zemljotres i to u višim etažama zgrada

3 Vibracije oseća samo mali broj ljudi4 <0,5 Zemljotres oseća većina ljudi.

Moguće je drmusanje prozorskih stakla

5 15-25 1,0-2,0 0,5-1,0 Klate se viseći predmeti, zvecka posudje

6 25-50 2,1-4,0 1,1-2,0 Mala oštećenja zgrada, tanke pukotine na zidovima

7 50-100 4,1-8,0 2,1-4,0 Uzane pukotine u zidovima i ponegde otpadanje maltera, oštećenja dimnjaka

8 100-200 8,1-16 4,1-8,0 Široke pukotine u zidovima, rušenje dimnjaka

9 200-400 16,1-32 8,1-16 Ruše se slabije zidane zgrade; zidovi, krovovi, tavanice

10 400-800 32,1-64 16,1-32 Ruše se mnoge zgrade, nastaju u terenu pukotine širine do 1m, Nastupaju ozbiljna oštećenja na dobro gradjenim objektima (brane, mostovi, železnice)

11 >32 Nastaju mnogobrojne pukotine na površini terena, ruše se mnogobrojni objekti, aktiviraju se mnogobrojna klizišta i odroni

12 Dolazi do velikih izmena reljefaNapomena: ubrzanje oscilovanja čestica tla (a) je dato za periode oscilovanja 0,1-0,5 sec; brzina

pomeranja (v) je za periode oscilovanja 0,5-2 sec; iznosi pomeranja (X) su za sopstvene periode oscilovanja 0,25 i logaritamskim dekrementom prigušenja od 0,5.

Prema dubini hipocentra zemljotresi se dele na plitke (dubina do 80 km), srednje duboke (80-300 km) i duboke (dubina veća od 300 km). Poznavanje dubine hipocentra je veoma značajno iz više razloga. Osnovi su u tome da kada je veća dubina hipocentra tada je i uticaj zemljotresa na površini terena na većem prostranstvu. Obrnuto, kada je dubina do hipocentra manja, tada je zahvaćeno područje manje. Sa povećanjem dubine, pri konstantnoj jačini zemljotresa u ognjištu (Mz), njegov intenzitet na površini terena je manji. Tako npr. za zemljotres čija je magnituda od 3,5 - 4,5 njegov intenzitet na površini je: 5-6 (za dubinu do ognjišta h < 5 km), 4-5 (za h = 15 km) i 2-3 (za h = 45 km).

115

Popravke osnovnog stepena seizmičnosti

-Mikroseizmička rejonizacija teritorije

Utvrdjeno je da pri dejstvu zemljotresa nisu podjednaka oštećenja istog tipa objekata, čak ni u slučaju kad su ti objekti na veoma bliskim medjusobnim rastojanjima. To je pomoglo istraživačima da zaključe da lokalni geološki uslovi moraju biti od značaja za seizmičnost teritorije i da ih kao takve treba vrednovati. Dalja istraživanja su potvrdila da osnovni stepen seizmičnosti (po Merkalijevoj skali 1-12), koji važi za šire područje, treba u nekim slučajevima da bude korigovan. Kada su lokalni uslovi bolji od onih za koje je odredjen taj osnovni stepen seizmičnosti, tzv. srednje tlo, osnovni stepen seizmičnosti treba da bude smanjen. Obrnuto je kada su lokalni uslovi lošiji nego oni koji su uzeti u razmatranje pri odredjivanju osnovnog stepena. Tada osnovni stepen može da bude korigovan npr. za glinovito tlo 1,2-2,1.

Mikroseizmičkom rejonizacijom se obuhvataju relativno mala područja: delovi grada; područja interakcije terena i pojedinih značajnijih objekata. Za konkretne objekte, pri njihovom projektovanju, uzimaju se u obzir korigovane vrednosti osnovnog stepena seizmičnosti. Da bi se to pravilno izvelo potrebno je uraditi sledeće:detaljno istražiti geološku gradju istražnog područja (litogenetski sastav, strukturna svojstva);- utvrditi prisustvo tvorevina savremenih geoloških procesa, njihove dimenzije, važnija svojstva stenskih masa koje ih grade i dr.- utvrditi hidrogeološka svojstva stenskih masa u sklopu terena, a posebno režim oscilovanja nivoa podzemnih voda;- utvrditi stepen površinskih izmena stenske mase, kao i postojanje tzv. površinskog rastresitog pokrivača u kome su brzine prostiranja elastičnih talasa višestruko manje nego u njegovoj podini;- ispitivanjima utvrditi karakteristike pojedinih svojstava stenskih masa i terena, a što je potrebno za seizmičku rejonizaciju.

Uticaj vrsta tla na povećanje osnovnog stepena seizmičnosti

Izučavanja relativno velikog broja zemljotresa su pokazala su da su efekti delovanja na objekte značajno zavisni od vrste stenske mase na kojima su oni fundirani. Tako npr. u Japanu su bila sprovedena osmatranja u provniciji Totomi koja je bila najviše pogodjena zemljotresom 1944.godine. Ta provincija je bila značajno udaljena od epicentra, u proseku oko 200 km. Za potrebe izučavanja, provincija je bila podeljena na deset oblasti. Kao pokazatelj intenziteta zemljotresa uzet je procenat srušenih prizemnih stambenih zgrada drvene konstrukcije, koje su u Japanu tipizirane i procentualno ih ima najviše. Ustanovljeno je da su razaranja bila najveća u dolinama izgradjenim od glinovito-muljevitih sedimenata. Na terasnim delovima koje izgradjuju šljunkoviti sedimenti i u gornjem toku reke takodje sa šljunkovitim sedimentima, štete su bile male. Na peskovitim područjima štete su bile osrednje, a najmanje su oštećeni objekti koji su fundirani na čvrstim stenama. Procentualno posmatrano na glinovito-muljevitim sedimentima oštećeno je 26% zgrada, na šljunkovitom tlu 1,4%, na peščanom tlu 3,5%, na čvrstim stenama 0,2%.

Na osnovu brojnih ispitivanja i iskustava dejstva zemljotresa zaključeno je da se povećanje osnovnog stepena seizmičnosti, zbog uticaja vrsta stena, najbolje može izraziti

116

logaritmom seizmičke impedancije (proizvod brzine prostiranja talasa i specifične mase) posmatrane vrste stena, u odnosu na etalon i sve to korigovano odredjenim koeficijento prema sledećoj formuli:

=∆ z1I

nnvoo

v

ρ

ρlog67,1 ⋅

gde su:

−∆ z1I Popravka osnovnog stepena seizmičnosti zbog seizmičke krutosti;

−oov ρ Brzina prostiranja talasa i gustina u etalonu (granit ili drugo tzv. srednje tlo);

vn nρ − Brzina prostiranja talasa i gustina stenske mase za koju se izvodi popravka u odnosu na etalon ili srednje tlo.

U slučaju da površrinksu zonu terena izgradjuje više slojeva, tada se izračunava srednja brzina prostiranja talasa po formuli:

idn

1i ivD

1srv ⋅∑

==

gde su:

D - Ukupna debljina svih razmatranih slojeva−iidv Brzina prostiranja elastičnih talasa i debljina svakog razmatranog sloja

pojedinačno

Tablica br.6.4.: Parametri seizmičkih talasa za pojedine karakteristične vrste stena (Vl-brzina longitudinalnih talasa; Vt-brzina transverzalnih talasa; Tz-perioda oscilovanja; fz-fekvencija oscilovanja talasa; ρ− gustina; Vrste stena Vl

(km/s)Vt

(km/s)Tz (s)

fz (Hz)

ρ (gr/cm3)

I Čvrste steneGranit, diorit,bazalt 5,6 2,9-3,6 0,0005-0,1 200-3000 2,9Krečnjak, gnajs 3,5-4,5 1,6-2,8 2-2,8Peščar, konglomerat 2,4-3,0 1,2-1,8 0,003-0,2 100-2000Peščari i krečnjak (ispucao)

1,5-2,3 0,9-1,35

II Polučvrste steneGips 2,4-3,0 1,4-1,8 1,7-2,4Glinac 1,4-1,9 0,9-1,45III Šljunak 1,1-2,1 0,5-1,1, 0,01-0,35 30-300 1,6-2IV Pesak 0,7-1,6 0,35-0,85 0,02-0,5 25-250 1,6-1,9V Glina 0,9-1,5 0,48-0,8 0,04-0,7 20-400 1,6-2VI Nasip 0,2-0,5 0,15-0,27 1,3-1,5VII Voda 1,48 NemaVIII Led 2,0 1,0

117

Uticaj podzemne vode na povećanje osnovnog stepena seizmičnosti

Mala dubina do nivoa podzemne vode, takodje, iziskuje potrebu korekcije osnovnog stepena seizmičnosti. To je nedvosmisleno utvrdjeno izučavanjem dejstva zemljotresa na objekte. Kada je nivo podzemne vode na kontaktu sa temeljom, tada je uticaj zemljotresa na objekat veći za jedan stepen. Kada je dubina do NPV=4m, povećanje osnovnog stepena je za 0,5. U terenima gde je dubina do NPV>10 m nema nikakvog dodatnog uticaja zbog podzemne vode. Navedenim empirijskim podacima najviše odgovara matematička formula u obliku:

2h04,0ez2

I −=∆

gde su:

−∆ z2I Popravka osnovnog stepena seizmičnosti zbog uticaja nivoa podzemne vode (NPV)

h− Dubina do nivoa podzemne vode (NPV)

Zapaženo je da navedena formula ne daje dovoljno pouzdane rezultate u svim vrstama stena. Zato su predložena odredjena poboljšanja u smislu uvodjenja korektivnog koeficijenta ( α ) koji je za glinovito psekovita tla jednak jedinici. Kada teren izgradjuju bolje stenske mase, npr. šljunak, tada je α=0,5. Formula za sračunavanje uticaja NPV zadobija oblik:

2h04,0ez

2I

−⋅α=∆

V.V.Popov i G.N.Nozarov su predložili izračunavanje popravke osnovnog stepena seizmičnosti u funkciji dubine temeljenja, dubine do NPV i debljine izdani po formuli:

)t

logv0.9(3)

22

h0,04e

21

h0,04

(ez2

I −⋅−

−−

=∆

gde su:

h1 −Dubina od temelja do nivoa podzmene vodeh2 −Debljina izdani, od temelja do podine vodonosnog sloja.vt − Brzina prostiranja transverzalnih elastičnih talasa.

118

Uticaj rezonantnih osobina tla na povećanj osnovnog stepena seizmičnosti

Dodatni nepovoljni uticaji na objekte su u područjima koja su u površinskoj zoni terena izgradjena od "lošijih" stenskih masa nego što je njihova podina. U seizmičkom pogledu to znači da su brzine prostiranja elastičnih talasa i težina tla, u toj površinskoj zoni terena, znatno manje nego u njenoj podini. Pri kretanju talasa, longitudinalnih i transverzalnih i njihovom nailasku na granice sredina sa bitno drugačijim karakteristikama, dolazi do refrakcije i refleksije talasa. To se dogadja u toj površinskoj lošijoj sredini i na gornjoj i na donjoj površini. U vremenu dok traje oscilatorno kretanje moguće je superponiranje jednog talasa sa drugim tako da se mogu višestruko uvećati amplitude talasa. U teorijskom smislu amplitude se mogu uvećati do dva puta, a neka eksperimentalna ispitivanja pokazala su da su moguća i veća uvećanja amplituda talasa. Objašnjenje se nalazi u tome da se odbijanje talasa sa donje i gornje površine, takodje, može više puta ponavljati. Za slučaj da se longitudinalni talas, sa amplitudom Az, kreće od hipocentra i upravno nailazi na granicu lošije sredine koja je u površinskoj zoni terena, onda su amplitude odbijenog Ao i prelomljenog A1 talasa:

11

221

11

221

ρ

ρρ

ρ

v

v

v

v

zAzo

A

+

−

=

11v22v

1

2zAz1

A

ρ

ρ+

=

gde su:

−z0A Amplituda odbijenog talasa

−z1

A Amplituda prelomljenog talasa

v1 1ρ − Brzina prostiranja talasa i gustina stenske mase u poluprostoru (u dubljim delovima terena)v2 2ρ − Brzina prostiranja talasa i gustina stenske mase u površinskom sloju

Formule se odnose na longitudinalne i transverzalne talase. U slučaju da njihov nailazak na graničnu površinu nije pod pravim uglom tada su formule složenije.

Interferencijski efekat, superponiranje talasa, se dešava kada su debljina te lošije sredine i talasne dužine u tačno odredjenoj srazmeri i to:

119

4

)1n2(

4

5;

4

3;

4

1h −⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

λgde su:

h - Debljina površinskog slojaλ − Talasna dužina

Obzirom da je perioda oscilovanja Tz =λ / v (talasna dužina i brzina prostiranja talasa) to je moguće rezonantne osobine definisati i preko perioda oscilovanja.

Tablica br.6.5.: Popravka osnovnog stepena seizmičnosti zbog rezonantnih osobina tlaSi

mi 0; 0,5 0,1; 0,6 0,2; 0,7 0,25; 0,75 0,3; 0,8 0,4; 0,90,1 0 0,2 1,2 2,5 1,2 0,20,2 0 0,2 1,1 1,7 1,1 0,20,3 0 0,2 0,9 1,3 0,9 0,20,4 0 0,2 0,8 1,0 0,8 0,20,5 0 0,2 0,6 0,7 0,6 0,20,6 0 0,1 0,5 0,5 0,5 0,10,7 0 0,1 0,3 0,4 0,3 0,10,8 0 0,1 0,2 0,2 0,2 0,10,9 0 0 0 0,1 0,1 0

Iznos popravki osnovnog stepena seizmičnosti u zavisnosti od rezonantnih osobina tla dat je u tablici br. . Za to je potrebno izračunati dva koeficijenta mi i Si po formuli:

ooviiv

imρρ

=

iTivr

d

iS =

gde su:−ρiiv Brzina prostiranja talasa i gustina u površinskom sloju

−oov ρ Brzina prostiranja talasa i gustina u tzv. osnovnoj steni - etalonu

−rd Debljina površinskog raspadnutog sloja

−i

T Perioda oscilovanja talasa u površinskom sloju

120

Seizmičnost područja i projektovanje objekata

Projektovanje, izgradnja i eksploatacija objekata su nezamislivi bez poznavanja seizmičnosti područja i dinamičkih karakteristika objekta. Naročito je to od značaja u područjima sa ukupnim intenzitetom zemljotresa ≥ 7 stepeni MCS skale, u kojima objekti moraju biti aseizmički gradjeni, tj. otporni na dejstvo zemljotresa. U suprotnom, zemljotresi bi ih mogli trajno oštetiti ili uništiti. Pod pojmom ukupan intenzitet zemljotresa podrazumeva se onaj stepen, za konkretnu mikrolokaciju, koji je odredjen ispitivanjima tj. mikroseizmičkom rejonizacijom.

Pri izračunavanju seizmičke sile direkto je uvršćen koeficijent seizmičnosti zajedno sa drugim parametrima.

kQikickikS ⋅η⋅β⋅=

gde su:

−ikS Seizmička sila koja deluje u tački k, pri i-tom obliku oscilovanja objekta;

−ck Koeficijent seizmičnosti;

−βi Koeficijent dinamičnosti za i-ti oblik oscilovanja objekta;

−η ik Koeficijent zavisan od oblika oscilovanja zgrade i položaja tačke;

−kQ Težina koncentrisane mase objekta u tački k.

Izrada urbanističkih planova i tehničke dokumentacije za naselja i objekte, u seizmičkim područjima, iziskuje učešće inženjera: geotehnike, gradjevinskih inženjera, inženjera geofizike, seizmologa i dr. Učešće stručnjaka iz oblasti nauka o Zemlji obezbedjuje da se precizno definišu svojstva sredine, a gradjevinskih inženjera da se objekti maksimalno prilagode tim prirodnim uslovima. Dosadašnja iskustva su za to dragocena, bez obzira na mnoge poteškoće, nepoznanice i iznenadjenja. Veoma važno je da u strukturnom pogledu naselje bude locirano na jednom strukturnom bloku, ili kada je to neophodno da pojedine urbanističke celine budu tome prilagodjene. Prostor treba iskoristiti tako da najvažniji objekti budu na najpovoljnijim mikrolokacijama, nikako na sučeljavanju geoloških struktura po kojima se vrši izdizanje ili spuštanje pojedinih područja, seizmički osetljivih strukrtura-raseda i rasednih zona, kontakata različitih stenskih masa, strmih delova padine, pogotovu ako na njima ima aktivnih klizišta ili drugih vidova nestabilnosti. Pri planiranju i projektovanju takva područja, ako je to moguće, mogu se uspešno iskoristiti npr. za zelene površine, lake sportske objekte i slično.

Pored geoloških činilaca, veoma važni su i gradjevinski elementi objekata. Obzirom da se na geološke elemente, uglavnom, ne može uticati, to ostaje da objekti budu, po vrsti materijala i konstruktivno, prilagodjeni dejstu zemljotresa odredjene jačine. Analiza oštećenja na objektima pri zemljotresima pokazala je da su kod zgrada veoma nepovoljni objekti koji su zidani od cigle i kamena, bez armature i ukrućenja. Povoljnije su drvene konstrukcije, a pogotovu armirano betonske sa potrebnim elementima aseizmičkog gradjenja. Takodje, značajan je i poprečni presek zgrada. Najotpornije su gradjevine

121

kružnog poprečnog preseka, zatim kvadratnog. Nepovoljniji je kada je poprečni presek pravougaoni, a pogotovu kada su složeni oblici bez dilatacionih razdelnica.

U pogledu geološke gradje, idealni tereni su oni u kojima se temelj oslanja na čvrstu stensku masu. Od nevezanih i poluvezanih stena najbolje su one kod kojih je krupnoća fragmenata najveća. O tome rečito svedoči primer Ašhabadskog zemljotresa u Rusiji, koji se desio 1948. godine. U tom zemljotresu debele naslage šljunka, debljine preko 50 m, sa NPV preko 25 m, učinile su da zemljotres devetog stepena bude po dejstvu kao da je šestog stepena.

Objekti su prema značaju klasifikovani u četiri grupe. U prvoj su izuzetno važni objekti i oni u kojima su masovna okupljanja ljudi: brane, škole, sportske hale, bioskopi, pozorišta, bolnice, muzeji, važni državni i industrijski objekti itd. Za navedene objekte ukupni stepen seizmičnosti se povećava za jedan stepen. Tako npr. ako je sedmi stepen ukupne seizmičnosti, projektovanje se odvija kao da je osmi stepen seizmičnosti.

U drugoj grupi su objekti koji su od manjeg značaja od prethodnih, kao što su: stambene zgrade, hoteli, biblioteke, fabrike, mostovi, rezervoari, silosi i dr. Za ovu grupu objekata, pri projektovanju se uzima u razmatranje ukupni stepen seizmičnosti, koji je definisan postupcima mikroseizmičke rejonizacije. Treba primetiti da i medju ovim navedenim objektima, pojedini mogu biti od opštedruštvenog značaja i kao takvi mogu se tretirati kao objekti prve grupe.

Treću grupu objekata čine oni koji su od manjeg, lokalnog, značaja. Za njih se, uglavnom, pri projektovanju ukupni stepen seizmičnosti umanjuje za jedan stepen. Kod objekata privremenog značaja, pogotovu onih koji pri rušenju ne ugrožavaju ljude niti važniju opremu, pri projektovanju se seizmički uticaji i ne uzimaju u obzir.

122

7. OPŠTA STRUKTURNA SVOJSTVASTENSKIH MASA

7.1. Genitet i tropija

Pojam geniteta stenske mase obuhvata homogenost i heterogenost, a tropija izotropna i anizotropna svojstva stenske mase. Genitet i tropija stena su osnovna obeležja sklopa. Po definiciji, sklop predstavlja tvorevinu sastavljenu od jedinki koje se mogu razlikovati, ali su medju sobom povezane morfološkim, prostornim, funkcionalonim i genetskim vezama. Jedinke u sklopu su elementi sklopa. Sklop jednog područja može imati više subsklopova.

Način na koji formni elementi sklopa ispunjavaju odgovarajuće područje odredjuje genitet i tropiju sklopa (ili stanje geniteta i stanje tropije).

Genitet područja je odredjen njegovom homogenošću ili heterogenošću u odnosu na odredjeno svojstvo. Za jedno veće područje se kaže da je homogeno u odnosu na neko svojstvo ako se sastoji iz manjih područja, koja medju sobom mogu zamenjivati mesta, a da se pri tome odgovarajuće svojstvo većeg područja ne promeni. Nasuprot tome, ako se promenom mesta manjih područja menja odgovarajuće svosjtvo većeg područja, za takav sklop (ili područje) se kaže da je heterogen.

Tropija područja je odredjena njegovom izotropnošću ili anizotropnošću u odnosu na neko svojstvo koje ima karakter vektorske veličine. Za područje se kaže da je u odnosu na neko svojstvo izotropno kada je to svojstvo isto u svim pravcima posmatrano iz bilo koje tačke područja. Ukoliko je to svojstvo različito, zavisno od pravca ili ravni posmatranja, onda je ono anizotropno. U tabeli br.7.1. dat je opis geniteta i tropije stenske mase po P.N.Panjukovu, sa izmenama koje je dao M.V.Rac.

Pojam sklopa je relativan, zavisi od analiziranog svojstva, takodje i od veličine područja . U odnosu na svojstvo ili veličinu područja, stenska masa može biti u jednom slučaju homogena, a u drugom heterogena (izotropna ili anizotropana). Ako se npr. posmatra sklop stenske mase u odnosu na njen litološki ili mineralni sastav, ona može u jednom području, po tim istim svojstvima, biti heterogena, a u manjem području po tim istim svojstvima može biti homogena, ili obrnuto. Stoga je neophodno unapred definisati u odnosu na koje svojstvo i veličinsko područje se genitet i tropija razmatraju.

123

Tablica br.7.1.: Opis geniteta i tropije stenske maseGENITET

TROPIJA Homogena HeterogenaIzotropna Svojstva stenske mase ne zavise od

pravca i koordinata tačke posmatranja (ispitivanja)

Svojstva stenske mase ne zavise od pravca, ali zavise od koordinata tačke posmatranja

Anizotropna Svojstva stenske mase zavise od pravca, ali u bilo kom zadanom pravcu ostaju nepromenjena

Svojstva stenske mase zavise od pravca i koordinate tačke posmatranja

Osnovno izdvajanje pojedinih sklopova i subsklopova stenske mase je u vezi sa mineralno-litološkim vrstama stena. Drugačije rečeno, osnovno uopštavanje se vrši na bazi mineralno-petrografskog sastava. Nadalje se vrši preciziranje geniteta i tropije stenskih masa po parametrima deformabilnosti, mehaničkih otpornosti, filtracije i dr.

Genitet i tropija uopšte, su svojstva koja stenska masa zadobija još od momenta njenog nastanka. U toku petrogeneze genitet i tropija trpe bitne promene, kako kvantitativne (promene stepena heterogenosti i anizotropije) tako i kvalitativne (promene geološke prirode heterogenosti i anizotropije). Ipak, uporedo sa promenljivošću, zapaža se i odredjena naslednost u njihovom razvoju.

Promene stanja geniteta i tropije vode uredjenju sklopa stenske mase. Do uredjenja sklopa dolazi premeštanjem čestica, strujanjem i mehaničkim oblikovanje, pa se prema načinu nastanka sklopovi stenskih masa dele na depozicione, fluidalne i tektonske. Uredjeni sklopovi su heterogeni i anizotropni, dok su neuredjeni sklopovi homogeni i izotropni.

Ako se sklop stenske mase definiše njenom ispucalošću ili fizičko-mehaničkim karakteristikama i ako se za područje posmatranja usvoji dam-hm područje (koje najčešće odgovara zoni uticaja terena i veštačkog objekta), onda se može konstatovati da, sa praktičnog stanovišta, gotovo i ne postoje neuredjeni (homogeni i izotropni) sklopovi. Prema definisanim svojstvima i u pretpostavljenim razmerama posmatranja, stenske mase gotovo uvek predstavljaju uredjene (heterogene i anizotropne) sklopove.

Pod elementarnim sklopom M.V.Rac, podrazumeva veličinsko područje stenske mase koje se, u datoj razmeri istraživanja, može smatrati homogenim u odnosu na izučavano svojstvo. Kako je u pitanju područje čije su dimenzije precizirane, nužno sledi da se ono, u pogledu izučavanog svojstva, razlikuje od susednih.

Prema apsolutnoj veličini elemenata heterogenosti izdvojena su četiri reda heterogenosti stenskih masa:

- Heterogenost I reda, tj. heterogenost čitavih formacija (prisustvo formacija različitih po sastavu i strukturi, facijalna promeljivost, hidrotermalne izmene, površinsko raspadanje, zone oslobadjanja napona i dr.).

- Heterogenost II reda, u geologiji dobro poznata kao heterogenost strukture i sastava stena u okviru jednog paketa, ritma, sloja (alteracija slojeva različitog sastava, prisustva makroispucalosti, manje tektonske i neotektonske dislokacije i dr.).

- Heterogenost III reda, tj. heterogenost sastava i strukture stena (razlika u hemijskom i mineraloškom sastavu, obliku i veličini zrna, neujednačenost rasporeda cementa i pora, različit karakter kontakta izmedju zona, prisustvo mikroprslina i dr.).

- Heterogenost IV reda, tj. heterogenost kristala (prisustvo defekata kristalne rešetke, dislokacije, praznine i dr.).

124

Autor dozvoljava mogućnost da se, zavisno od karakteristika terena i specifičnosti zadatka istraživanja, može izdiferencirati i veći broj redova heterogenosti. Navedene pojave heterogenosti (od I - IV reda) obuhvataju područje linijskih veličina od 10-6 do 106 cm (Sl.7.1.).

Pored prethodne klasifikacije heterogenosti koja se, kao što je već rečeno, zasniva na apsolutnoj veličini elemenata heterogenosti, M.V.Rac je predložio da se heterogenost stenskih masa klasifikuje i prema sledećim kriterijumima:

- prema relativnoj veličini elemenata heterogenosti u odnosu na veličinu područja posmatranja (heterogenost višeg reda, efektivna heterogenost i heterogenost nižeg reda),

- prema odnosu veličine elemenata heterogenosti i rastojanja medju tačkama ispitivanja odgovarajućeg svojstva (slučajna, haotična i zakonomerna heterogenost),

- prema karakteru izmene prosečne vrednosti odgovarajućeg svojstva (skokovita i sistematska promenljivost svojstava).

Analogno heterogenosti moguće je izdvojiti i četiri reda anizotropije.

Sl.7.1. Shematski prikaz geniteta i troije stenskih sklopova, po M.V. Rac-u

-Anizotropija I reda, tj. anizotropija "masiva stena" vezana za sklop pojedinih strukturnih jedinica kao što su veći strukturni oblici, blokovi izdeljeni tektonskim razlomima i dr.

-Anizotropija II reda odredjena slojevitošću i smenjivanjem različitih litoloških vrsta, gradacionom slojevitošću i ispucalošću. Anizotropija drugog reda je uzrok različitim vrednostima parametara karakterističnih svojstava stenskih masa pri ispitivanjima "in situ"; na primer, filtraciona anizotropija poznata pri opitima crpenja ili upumpavanja.

-Anizotropija III reda, uslovljena uredjenjem mineralnih zrna odnosno, strukturom stene, njenom mikroispucalošću, a ispoljava se kao anizotropija uzorka stene.

-Anizotropija IV reda, je anizotropija kristala koji grade najveći deo stene; uslovljena je uredjenim sklopom kristalne rešetke.

Da bi objasnio zakonitosti pojave anizotropije stenskih masa, M.V.Rac je definisao pojam "nosioca anizotropije ". Pod nosiocem anizotropije on podrazumeva sveukupnost onih elemenata, čiji redosled stvara anizotropiju jednog ili drugog reda. Tako je nosioc anizotropije IV reda kristalna rešetka, III reda-mineralna zrna, II reda-slojevitost i

125

reda-tektonske strukture, zone prirodnog oslobadjanja napona, zone površinskog raspadanja i dr.

Slično kao i u slučaju heterogenosti, M.V.Rac je i pojave anizotropije stena klasifikovao prema relativnom odosu veličine nosioca anizotropije i veličine područja razmatranja, na tri grupe:

Sl.7.2 Shematski prikaz geniteta i tropije a) homogeni pesak (A); heterogena litološka sre-dina (B,C);b) izotropna sredina-Kx=Kz u pesku i šljunku; anizotropni su šljunkovi u odnosu

na pesak - Anizotropija višeg reda, kod koje su veličine nosioca anizotropije manje od

područja posmatranja: anizotropija kristalne rešetke; razmera uzorka stene. - Ekvivalentna anizotropija čija je veličina nosioca anizotropije manja ili

jednaka veličini područja posmatranja, na primer anizotropija ispucalosti u m-dm području posmatranja.

- Anizotropija nižeg reda se ne ispoljava u području posmatranja-ispitivanja, sve dok se ona ne poveća dotle da anizotropija nižeg reda prelazi u ekvivalentnu.

Stenske mase su u realnim terenskim uslovima, po pravilu, heterogene i anizotropne u pogledu većine bitnih svojstava. To se odnosi na šire područje istraživanja, ali skoro uvek i na uže područje tj. zonu sadejstva objekta i terena.

Preciziranje geniteta i tropije stenskih masa , po svim bitnim parametrima, u konstrukciji terena, naročito u zoni sadejstva sa objektom, najvažniji je deo istraživačkog posla. U suštini neophodno je izdvojiti kvazihomogene zone po najvažnijim parametrima, tj. zone u kojima su neka od razmatranih svojstava praktično jednoznačna tako da reprezentuju izdvojenu kvazihomnogenu zonu, ili podzonu. Iz navedenog sledi da u tom poslu može biti dosta subjektivnosti. Ona može biti dozvoljena do izvesne granice što je uslovljeno vrstom ispitivanja i detaljnostima ispitivanja. Ako su ispitivanja obimnija i preciznija, subjektivnosti je manje i obrnuto. U suštini teži se tome da se prikupe bitni i važni podaci, koji odgovaraju realnom stanju prirodne pojave, a interpretacija može, eventulalno, naknadno biti i korigovana ili dogradjivana.

Praktično posmatrano, u oblasti geotehnike, izrazita je relativnost pojma geniteta i tropije. Ono što je u jednom veličinskom području posmatranja homogeno, u nekom drugom slučaju može biti heterogeno. Tako npr. ako se posmatra u prirodi izdanak granita (ili stena uzeta od njega u laboratoriji) koga sačinjavaju isti minerali onda je u po tom svojstvu to homogena stena. Ako je veličinsko područje pojedinačnih zrna, onda je granit heterogen jer ga izgradjuju različiti minerali. Sličan slučaj je i npr. kada se posmatra veličinsko područje jednog sloja peščara ili ritmičke sekvence koja se sastoji od više litoloških vrsta stena.

126

Stenska masa u pogledu nekog svojstva može biti izrazito heterogena i anizotropna, ali da to svojstvo nema bitnijeg značaja sa stanovišta praktičnog zadatka koji se rešava, pa da se zbog toga usvaja kao da je homogeno i izotropno. U inženjerskoj praksi se ustalilo izdvajanje na kvazihoogene zone i podzone, u pogledu nekog svojstva. Taj pojam sam po sebi označava da je nešto približno homogeno ili su odstupanja od takvog stanja mala i zanemarljiva.

7.2. Ispucalost stenskih masa

Definicije osnovnih pojmova

Geološki diskontinuiteti su prekidi kontinuiteta, odnosno promene sastava, svojstava ili stanja stenske mase. Diskontinuiteti su npr. prekidi litološkog sastava, granične površi koje odvajaju stenkse mase različitih mehaničkih svojstava i dr. Približno za isti pojam B.Sander, 1948. koristi termin "unutrašnja granična površ".

Litološki diskontinuitet je unutrašnja granična površ koja razdvaja llitološki različite stenske mase (npr. kontakt krečnjaka i peščara).

Mehanički diskontinuitet je granična površ na kojoj se menjaju mehanička svojstva stenske mase. To može biti kontakt dve litološke vrste stena, ali i granica unutar jedne iste vrste stenske mase. Mehanički diskontinuitet ne mora automatski predstavljati i prekid materijalnog jedinstva u stenskoj masi.

Praktično posmatrano mehanički diskontinuiteti su samo oni koji u konkretnom slučaju predstavljaju mesto značajnog oslabljenja ili ojačanja stenske mase, odnosno mesto značajne promene mehaničkih svojstava stenske mase. Tako na primer, jedna medjuslojna površina ili ravan deljivosti može biti do te mere slabo mehanički izražena, da sa gledišta konkretnog zadatka, ne predstavlja oslabljenu površinu, a strogo uzevši, ipak jeste mehanički diskontinuitet.

Materijalni diskontinuitet stenske mase predstavljaju svi prekidi kontinuiteta materije (pukotine, rasedi, kaverne i dr.). Ako se ti prekidi naknadno zapune mineralnom materijom, tada oni prestaju da budu materijalni diskontinuiteti.

Geološke planare čine realni elementi sklopa stenske mase: pukotine, rasedi, slojne površine, škriljavost, klivaž i dr. Zamišljene planare su konstruktivne planare: aksijalna površ nabora, anvelopa nabora i dr.

Pukotina predstavlja prekid materijalnog jedinstva u stenskoj masi, duž čije površine su zanemarljiva pomeranja stenske mase, u datom veličinskom području posmatranja. To znači da se pojedine smičuće pukotine, shodno datoj definiciji, kada se posmatraju uvećano, mikroskopom ili drugom tehnikom, mogu svrstati u rasede. Za razliku od pukotina, duž raseda je iznos kretanja veći i ne može se zanemariti u datom području posmatranja.

Sa gledišta strukturne geologije i njene, prevasnodne genetske sistematizacije geoloških planara, medju pukotine se ne mogu ubrojiti: stratifikacija, klivaž i škriljavost, čak ni onda kada predstavljaju potpune prekide kontinuiteta stenske mase. Sa genetske tačke posmatranja to je tačno, ali praktično nije prihvatljivo. Zato se pri rešavanju praktičnih problema inženjerske geologije, obavezno u analizu uzimaju i takve pukotine i to kao penetrativni elementi rupturnog sklopa.

127

Pukotine se mogu uključiti u odgovarajuće grupe realnih geoloških planara, a isto tako i u odgovarajuće grupe mehaničkih diskontinuiteta. Identičnost sadržaja ovih pojmova medjutim ne postoji, jer ni sve geološke planare, niti sve geološki diskontinuiteti, ne predstavaljaju pukotine. Iz toga proizilazi da je pojam pukotine, po svom sadržaju, uži od prethodno definisanih pojmova.

Pukotine je M.Janjić podelio u dve grupe: • pukotine i prsline, • napukline i naprsline.Za razliku od pukotina, zidovi blokova stenske mase koje razdvaja prslina, se

medjusobno dodiruju. Ovaj autor razlikuje napukline i naprsline po tome što one ne razdvajaju dva dela stenske mase na posebne monolite, već se nalaze unutar jednog monolita i u njemu se završavaju. Očigledno je da se ova klasifikacija M.Janjića može odnositi na sve materijalne diskontinuitete stenskih masa.

Familija pukotina predstavlja grupu pukotina istih, ili približno istih, osnovnih karakteristika. Saglasno ovoj definiciji u jednom genetskom procesu može nastati više familija pukotina.

Navedena definicija se medjutim, ne odnosi na sve grupe paralelnih pukotina već je i nešto uža. Kao uslov za svrstavanje u jednu familiju potrebno je da su i sve druge karakteristike pukotina, a ne samo prostorna orijentacija, iste ili približno iste. Drugim rečima, dve grupe pukotina približno iste orijentacije i drugih karakteristika, ali sa bitnom razlikom u dužini ili gustini, predstavljale bi dve familije.

Sistem pukotina čine sve pukotine koje se nalaze u odgovarajućem području stenske mase. Znači da su tim pojmom obuhvaćene zastupljene familije i slučajne, pojedinačne, pukotine.

Heterogenost i anizotropija ispucalosti stenskih masa su najvažniji uzrok heterogenosti i anizotropije njihovih fizičkih i mehaničkih svojstava. Naročito detaljno ovom problematikom se bavio prof. dr P.Lokin.

Pod homogenošću stenske mase po parametru ispucalosti podrazumeva se da su ista svojstva ispucalosti, pre svega da je isti stepen i način ispucalosti, unutar razmatranog područja.

Pod anizotropijom ispucalosti podrazumeva se da su različita svojstva ispucalosti u različitim pravcima unutar posmatranog područja.

7.2.2. Parametri i klasifikacije pukotina

Parametri pojedinačnih pukotina

Najvažniji parametri kojima se definiše pojedinačna pukotina su: - položaj u prostoru, - orijentacija, - oblik, - dimenzije, - vrsta (karakteristike) ispune, - čvrstoća stene na zidovima pukotine.

128

Osim navedenog potrebno je znati način postanka pukotine, tj. genezu. Time se preciziraju elementi rupturnog sklopa, a na bazi tih strukturnih ispitivanja moguća je bolja ekstrapolacija rezultata detaljnih ispitivanja, sa područja gde su ta detaljna ispitivanja vršena, na ona područja koja nisu obuhvaćena ispitivanjima.

Prema poreklu sila koje su dovele do nastanka pukotina one se mogu podeliti u dve grupe:

• Endokinetičke, • Egzokinetičke. Endokinetičke pukotine nastaju pod dejstvom sila koje su u vezi sa unutrašnjim

procesima izmene materije stenske mase. Takvi procesi su na primer hladjenje magme i promene zapremine vezane za to hladjenje, gubljenje vode pri sušenju vlažnih sedimenata, promena zapremine pri hidrataciji minerala stena, rastvaranje stenske mase dejstvom podzemnih voda i dr.

Egzokinetičke pukotine nastaju pod dejstvom sila koje nisu izazvane procesima izmene same materije stena nego su spoljne u odnosu na stensku masu.

Prema kinematici nastanka sve pukotine se dele na tri grupe:1. Tenzione,2. Smičuće,3. Relaksacione.Tenzione pukotine se javljaju upravno na pravac najmanjeg napona, pa su stoga

obično otvorene ili nakanadno zapunjene različitim materijama, najčešće su sočivastog ili nepravilnog izgleda na preseku.

Pukotine smicanja su najčešće paralelne sa pravcem srednjeg napona, a sa pravcem najvećeg napona zaklapaju oštar ugao. Obično se, ako to dozvoljavaju pravci mogućeg pomeranja, stvaraju dve konjugovane familije pukotina smicanja, koje se presecaju paralelno sa pravcem srednjeg napona, a simetrične su u odnosu na pravac maksimalnog napona. To su najčešće ravne, glatke i stisnute pukotine sa tragovima smicanja.

Relaksacione pukotine nastaju u ravnima upravnim na pravac maksimalnog napona, u momentu kada njegovo dejstvo prestaje, pa nastupa relaksacija stenske mase. One su obično zatvorene i bliske ravnim površinama.

Prostorni položaj pukotina definiše se kotom i koordinatama tačke u kojoj se ona javlja ili tačke u kojoj se ona opaža i ispituje. U slučaju dužih pukotina njihov prostorni položaj može se definisati sa dve ili više tačaka, ili jednom karakterističknom tačkom (presek sa gabaritom objekta, bok tunela na visini 1,5 m od poda i dr. )

Tablica br.7.2. Klasifikacija pukotina prema nagibuOrijentacija pukotine se definiše njenim elementima pada tj. azimutom pada i padnim uglom, odnosno azimutom pružanja za vertikalne pukotine. U svakom ispitivanju ispucalosti stenskih masa vrši se statistička obrada podataka o orijentaciji pukotina. Na bazi toga izvodi se razvrstavanje pukotina u odgovarajuće familije.

OPIS PUKOTINA PADNI UGAO( 0 )

Vertikalne i subvertikalne 80 -90Strmo nagnute 45 - 80Kose 35 - 45Blago nagnute 10 - 35Horizontalne i subhorizontalne

0 - 10

129

Prema padnom uglu pukotine se svrstavaju u nekoliko grupa. Kriterijumi klasifikovanja su medjutim, kod raznih autora različiti. Obično se izdvaja četiri ili pet klasa. Tako npr. L.I.Neištadtova izdvaja pet klasa.

Da bi se mogao definisati oblik pukotine neophodno je odrediti i područje posmatranja. Najčešće se pod oblikom (ili zatalasanošću) pukotine podrazumeva oblik njene površine u m-Dm području, a pod hrapavošću pukotine oblik njene površine u mm-cm području. Često se na otkrivenim površinama vidi samo trasa pukotine tj. njen presek sa površinom stenske mase. U takvim slučajevima oblik i hrapavost površine predstavljeni su na osnovu izgleda trase.

Sl.7.3. Položaj osnovnih kinematskih grupa pukotina u odnosu na pravce glavnih napona, na blok dijagramu (a) i na projekciji lopte (b); (1 - tenzione pukotine, 2 - pukotine smicanja, 3

- relaksacione pukotine), M.Dimitrijević, 1978.

Medjunarodna komisija za standardizaciju, društva za mehaniku stena (ISRM), u svojim preporukama za kvantitativni opis stenskih masa i njihovih diskontinuiteta je predložila orijentacionu klasifikaciju, u uslovima terenskog rada, po kojoj se pukotine dele na tri osnovne klase, a svaka klasa na tri podklase (Tablica br.7.3.). Klase se izdvajaju na osnovu oblika - zatalasanosti pukotine (m - područje posmatranja), a podklase na osnovu njihove hrapavosti (cm - područje posmatranja).

Oblik, odnosno hrapavost pukotine ima izvanredno veliki uticaj na čvrstoću na smicanje duž pukotine pa je to i razlog što je hrapavost detaljno izučavana od strane velikog broja autora Barton N. i dr. U tom smislu definisan je i široko se primenjuje pojam koeficijenta hrapavosti pukotina (JRC), kao parametar koji zavisi od trenja duž pukotine, efektivnog normalnog napona pri kome dolazi do klizanja i ugla rezidualnog trenja.

Pod dimenzijama pukotine podrazumeva se dužina i širina. Dužina pukotine je najveće pravolinijsko rastojanje izmedju dva kraja pukotine, mereno po njenoj površini. Ako joj površina nije otkrivena onda se njena dužina odredjuje na osnovu dužine njene trase.

130

Tablica br.7.3.: Klasifikacija pukotina KLASA PODKLAS

ASHEMATSKI PRIKAZ

Ravne I

Stepen-ičaste

Ravne II

Glatke III

Rapave IV

Zatala-sane

Ravne V

Glatke VI

Rapave VII

Ravne Ravne VIII

Glatke IX

Širina pukotine je normalno rastojanje izmedju dva bloka stenske mase koji su pukotinom razdvojeni. Pri tome moguće je razlikovati ukupnu širinu pukotine (otvor i ispunu) i širinu otvora pukotine (samo otvor, bez ispune). S obzirom da se širina jedne iste pukotine u području ispitivanja može znatno menjati ona se meri na većem broju mesta, a kao merodavne usvajaju srednje vrednosti.

Pri ispitivanju ispune pukotine odredjuje se njena debljina (ekstremne i srednje vrednosti, slično kao i kod debljine pukotine), mineralni i granulometrijski sastav, stepen izmenjenosti, čvrstoća i stepen vlažnosti ispune.

Tablica br.7.4.: Klasifikacija pukotina prema njihovoj širiniKLASA PODKLASA ŠIRINA

Vrlo male <0,10 mmZatvorene pukotine Male 0,10 - 0,25 mm

Delimično otvorene 0,25 - 0,50 mmOtvorene 0,50 - 2,50 mm

Zjapeće pukotine Srednje široke 2,50 - 5,00 mmŠiroke 5,00 10,0 mmVrlo široke 1,0 - 10,00 cm

Otvorene pukotine Izvanredno široke 10,0 - 100,0 cmKaverne > 1 m

Čvrstoća zidova pukotine tj. blokova koji su razdvojeni pukotinom može se, pogotovo sa geotehničkog gledišta, smatrati svojstvom pukotine, s obzirom da stenska masa uz zidove pukotina može biti veoma intenzivno izmenjena. Takve izmene stenske

131

mase mogu nastati pod uticajem površinskih agensa (uticaj vazduha, vlage, temeperaturnih promena, mraza, bilja i dr.) i dejstvom hidrotermalnih voda i gasova.

Čvrstoća stenske mase na zidovima pukotine procenjuje se kvalitativno prema postojećim klasifikacijama ili se odredjuje kvantitativno tzv. Schmidt-ovim čekićem. Na osnovu takvog opita, po Muller-u, odredjuje se čvrstoća na pritisak zidova pukotine (JCS).

logJCS=0,0008γr+1,01gde su:γ - srednja zapreminska težina materijala zidova pukotine;r - broj odbijanja - veličina odskoka Schmidt-ovim čekićem.

Parametri familije pukotina

Osnovno obeležje familije pukotina je gustina pukotina. Najčešće, u realnim prirodnim uslovima, rastojanja nisu konstantne veličine, već su promenljive. Zbog toga treba odrediti srednje vrednosti parametara pojedinih pukotina i stepen promenljivosti tih vrednosti. To se postiže ispitivanjima isucalosti na datom području, na svim izdancima ili na odabranim, u jednoj ili više bušotina, ili na neki drugi način i statističkom obradom prikupljenih podataka.

Osnovne karakteristike familije pukotina su: - geneza pukotina odgovarajuće familije, - prosečna orijentaciju pukotina date familije, - najčešći oblik pukotine, - prosečne dimenzije pukotina, - prosečna gustina pukotina ili prosečno normalno rastojanje - vrste i karakteristike pukotinskih ispuna za odgovarajuću familiju.

Prosečne vrednosti elemenata pada pukotina jedne familije, najčešće se dobijaju statističkom obradom podataka koji su mereni na terenu (redje obradom podataka merenja na snimcima). Statistička obrada se vrši izradom konturnih dijagrama na projekciji lopte (Sl.7.4.). Za prosečnu vrednost orijentacije familije usvaja se centar polja maksimalne gustine na dijagramu.

Stepen rasipanja podataka o orijentaciji može se oceniti na osnovu oblika i vrednosti izolinija gustine. Za rešavanje geotehničkih problema, veoma je važan stepen rasipanja podataka oko statističkog maksimuma. Na primer, ako se mogućnost loma stenske mase duž pukotina prognozira na osnovu statističkih tj. najčešćih vrednosti prostorne orijentacije, onda uvek postoji odredjena verovatnoća da do loma dodje i duž pukotina čija se orijentacija može znatno razlikovati od usvojene srednje vrednosti. Pri proračunu stabilnosti za slučaj smicanja duž takvih pukotina, može se dobiti faktor sigurnosti koji se bitno ralikuje od faktora sigurnosti koji je dobijen za proračun koji uključuje smicanje duž pukotina prosečne orijentacije.

132

Sl.7.4. Prikaz pukotina na Schmidtovim dijagramima, po V.Vujaniću

Najčešći oblik, prosečne dimenzije, vrste i karakteristike pukotinskih ispuna za odgovarajuću familiju, odredjuju se na isti način kao i za pojedine pukotine, s tim što se srednje, prosečne ili najčešće vrednosti utvrdjuju metodama matematičke statistike.

Gustina pukotina, ili prosečno rastojanje susednih pukotina unutar jedne familije, karakteristično je obeležje familije.

Pod gustinom pukotina jedne familije, podrazumeva se broj pukotina te familije na jedinicu dužine u pravcu upravnom na ravni pukotina. Broj pukotina jedne familije na jedinicu dužine, mereno u bilo kom pravcu, naziva se učestalost pukotina. U stručnoj

literaturi se medjutim, mogu naći i drugi termini za navedene pojmove.

Rastojanje medju pukotinama unutar jedne familije (koje odgovara recipročnoj vrednsoti učestalosti pukotina) meri se na otkrivenim površinama. Jedino ako je takva površina upravna na prosečan pravac pružanja pukotina date familije, možemo meriti normalna rastojanja medju susednim pukotinama, odmeravajući

upravno na trase pukotina. Ako to nije slučaj prosečno normalno rastojanje (m) sračunava se na osnovu obrasca:

133

Sl. 7.6. Inženjerskogeološki profil terena po parametru ispucalosti

m=mp sinβgde su:

mp - prosečno rastojanje mereno upravno na trasu pukotina;β - ugao izmedju pravca profila i prosečnog pravca pružanja pukotina pri čemu je:

n

nm....2m1m

n

n

1 imm

+++=

∑=

7.2.3. Parametri ispucalosti stenenske mase

Stenska masa je najčešće ispucala tako da su u njoj prisutne pukotine odredjenih familija i slučajne pukotine. Pojam ispucalosti se često poistovećuje sa sistemom pukotina.

Osnovni pokazatelji ispucalosti stenske mase su: - broj zastupljenih familija odgovarajućih karakteristika, - pojave pojedinačnih (nepenetrativnih) pukotina, - medjusobni prostorni odnosi pojedinih familija, - ukupna brojnost (učestalost) svih pukotina u sistemu.

Sistem pukotina je, slično familiji, u potpunosti definisan samo onda kada se pored navedenih parametara, utvrde i svi parametri pojedinih familija i pojedinačnih pukotina, koje grade taj sistem.

Broj familija pukotina i pojave pojedinačnih pukotina utvrdjuje se detaljnim pregledom i merenjima na licu mesta (kartiranjem: izdanaka, iskopa, jezgra istražnih bušotina) i statističkom obradom podataka. Pri tome je neophodno da se uzorak za statističku analizu odnosi na područje koje je približno homogeno po karakteristikama ispucalosti. Ukoliko se medjutim, pri formiranju uzorka o ovome ne vodi računa, na dijagramu može doći do delimičnog preklapanja podataka različitih familija pa se dobija pogrešna slika o sistemu pukotina (tj. o broju i orijentaciji pojedinih familija).

Broj familija pukotina u stenskoj masi je najvažniji pokazatelj sistema pukotina sa geotehničkog stanovišta. On u znatnoj meri predodredjuje način pojavljivanja, mehaničko ponašanje i upotrebljivost stenske mase kao gradjevinskog materijala. Tako npr. broj zastupljenih familija, ne samo da utiče na to da li će u nekoj kosini doći do pojave nestabilnosti, već bitno utiče i na obim, vrstu i karakter takvih pojava (E.Hoeck, J.Bray).

Prema broju familija i pojedinačnih pukotina u stenskoj masi, Komisija za standardizaciju laboratorijskih i terenskih opita ISRM, preporučuje sledeću kategorizaciju stenskih masa:I - masivna stenska masa-retke slučajne pukotine,II - jedna familija pukotina, III - jedna familija i služajne pukotine,IV - dve familije pukotina,V - dve familije i slučajne pukotine,VI - tri familije pukotina,VII - tri familije i slučajne pukotine,VIII - četiri ili više familija pukotina,IX - smrvljena stenska masa.

134

Tablica br.7.5.: Klase stena prema broju monolita KLASA OPIS

STENSKEMASE

BROJ MONOLITANA 1 m2

I Ispucala 2 -5II Polomljena 5 -10III Zdrobljena 10 -20IV Smrvljena > 20

Veće pojedinačne rasedne zone, koje obično presecaju ceo istražni prostor, posebno se istražuju. U njima je stenska masa, po pravilu, najintenzivnije smrvljena-tektonizirana.

Medjusobni prostorni odnosi pukotina različitih familija su takodje bitno svojstvo sistema pukotina. Tako medjusobni prostorni raspored i orijentacija pukotina različitih familija često predodredjuju pojavu odgovarajuće deformacije stenske mase, s obzirom na to da su retke deformacije do kojih dolazi uz aktivno učešće pukotina samo jedne familije. Znatno češće se deformacija obavlja po konjugovanom sistemu dve ili više familija pukotina, pri čemu je njihov medjusobni prostorni odnos od velikog značaja.

Broj familija, njihov raspored, gustina i dužina pukotina predodredjuju stepen raščlanjenosti stenske mase, karakter i čvrstoću veza medju pojedinim monolitima.

Brojnost pukotina koje čine odgovarajući sistem može da se definiše različitim pokazateljima. Zavisno od toga da li se odgovarajući parametar odnosi na jedan pravac u stenskoj masi, na površinu ili ravan proizvoljne orijentacije, ili na zapreminu stenske mase, razlikuju se: linijski, površinski i zapreminski parametri.

Linijski modul ispucalosti predstavlja broj pukotina na jedan metar dužine.Nedostatak linijskih parametara ispucalosti je baš činjenica da se oni odnose

isključivo na jedan pravac u stenskoj masi. Kako su stenske mase u pogledu parametara ispucalosti po pravilu anizotropne, to i vrednosti linijskih parametara ispucalosti bitno zavise od pravaca u kome se mere. Zbog toga taj parametar, u velikom broju slučajeva, ne može realno predstavljati ispucalost stenske mase.

Koeficijenata pukotinske poroznosti predstavlja procentualnu površinu svih pukotina koje presecaju 1 m2 ispitivanog profila (L.I.Neištadtova).

Slično linearnim parametrima i površinski parametri sistema pukotina imaju jedan bitan nedostatak. Naime, vrednost površinskih parametara bitno su zavisne od orijentacije profila na kome se vrši merenje. Zbog toga se, uvek kada je to moguće, ispitivanja vrše na tri uzajamno upravna pravca, a kao karakteristika stenske mase usvaja se srednja vrednost tako dobijenog parametra.

Zapreminski parametri ispucalosti su bolji reprezenti ispucalosti nego linijski i površinski. Razlog tome je u činjenici da oni nisu zavisni od orijentacije pravca ili profila u kome se mere. Definisanjem i metodikom utvrdjivanja zapreminskih parametara bavili su se brojni istraživači. Neki su dali predloge definisanja zapreminskih parametara tako što se predpostavi da ono što se vidi na nekoj karakterističnoj površini je ujedno i reprezent nekog zapreminskog elementa. Ipak, značajniji su predlozi da reprezenti zapreminskih parametara budu zapremine prisutnih pukotina u jediničnoj zapremini stenske mase. Najprihvatljiviji, u praksi, je parametar veličine blokova omedjenih pukotinama. Kada su precizirane realne veličine blokova, njihovi oblici i medjusobni odnosi, moguće je u bilo koju analizu uzeti realne prirodne elemente, a ne generalizovane, uopštene.

Stepen i način ispucalosti stenskih masa

Tablica br.7.4.: Klase stena prema pukotinskoj poroznosti

KLASA PUKOTINSKA POROZNOST ( % )

Slabo ispucale < 2Srednje ispucale 2 - 5Jako ispucale 5 - 10

Vrlo jako ispucale

> 10135

Stepen ispucalosti stenske mase pokazuje do kog stepena je ona ispucala ili izdeljena pukotinama. Može se izraziti na dva načina:

• učestalošću pukotina u stenskoj masi (učestalost pukotina u odredjenom pravcu, srednja gustina pukotina, zapreminska gustina pukotina, koeficijent veličinom monolita koji omedjuju pukotine.

Način ispucalosti stenske mase pokazuje kako je ona ispucala, izdeljena. Takodje, može se izraziti na dva načina:

• medjusobnim prostornim rasporedom pukotina,• oblikom monolita koji omedjuju pukotine.Dimenzije bloka - monolita koji omedjuju pukotine, predodredjene su: brojem

familija, rastojanjem i dužinama pukotina u pojedinim familijama. Oblik bloka zavisi od broja familija, njihove orijentacije i rastojanja susednih pukotina u pojedinim familijama.

A.M.Gurev smatra izdeljenost mase u blokove najvažnijom karakteristikom ispucalosti. On je predlažio korišćenje pojma srednje izdeljenosti pod kojim podrazumeva srednju razmeru bloka (dm3) koji se može dobiti iz 1 m3 stenske mase.

M.V.Rac i S.N.Černišev, su predložili sledeći obrazac za sračunavanje veličine bloka (Vb), za slučaj većeg broja familija pukotina:

33

5m3m2m1m

134m

3m2m1m1

3m2m1m

bV

⋅⋅+⋅

⋅⋅+

⋅⋅=

gde su: Vb - Veličina bloka stenske mase

m1, m2, m3 - rastojanje izmedju susednih pukotina tri najbolje izražene familije,m4, m5, - rastojanje izmedju susednih pukotina slabije izraženih familija.

Isti autori su na osnovu veličine ukupne pukotinske poroznosti i gustine pukotina izvršili klasifikaciju stenskih masa na 16 klasa (Tablica br.7.6.). Korelacije radi, u toj tablici su date i prognozne vrednosti koeficijenta filtracije i odnosa modula deformacija merenog na monolitnom (Em) uzorku i u stenskoj masi (Es).

Svi napred navedeni parametri ispucalosti stenskih masa (uključujući parametre pojedinih pukotina, familija i sistema pukotina) zasnivaju se na neposrednom ispitivanju pukotina i prikupljanju odgovarajućih podataka o njima.

Tablica br.7.6.:Klase stenske mase, prema gustini i pukotinskoj poroznosti. KLASE STENSKE MASE ZAVISNO OD GUSTINE PUKOTINA

PUKOTINSKA Vrlo retka300-100

Retka100-30

Gusta30-10

Vrslo gusta10-3

E

Em

s

POROZNOST (%)

Klasa

Km/s

Klasa

Km/s

Klasa

Km/s

Klasa Km/s

mala 5•

136

0,1-0,3 A-1 10-1 A-2 10-2 A-3 10-3 A-4 10-4 2srednja0,3-1,0 B-1 5•100 B-2 10-2 B-3

5•10-2 B-4 10-2 6

velika1,0-3,0 C-1 102 C-2 101 C-3

5•100 C-4 10-1 20

Vrlo velika> 3,0 D-1 + D-2

5•102 D-3

5•101 D-4 101 60

K -koeficijent filtracije (m/s);+ označava u tablici da klasu D-1 karakteriše turbulentno kretanje vode;Em/Es - odnos modula deformacija monolita i stenske mase.

D.Deere, Louis i Hansagi, predložili su da se kao stepen ispucalosti stenske mase koristi modifikovani procenat jezgra iz istražne bušotine (RQD). Parametar RQD (Rock Quality Designation) predstavlja procentualni odnos svih komada jezgra (kernova) stene, iz istražne bušotine koji su duži od 10 cm i dužine bušotine. Ako se precizira u nekom delu bušotine, nekom intervalu, onda se on odnosi na taj deo bušotine. RQD je uveliko primenjivan u praksi. I on ima evidentne nedostatke, a u bitnom oni proističu iz toga što reprezentuje izdeljenost stenske mase u pravcu bušotine i što je za granicu od 10 cm uzeta veličina koja može biti diskutabilna. Naime, kada bi sve dužine kernova (teoretski) bile samo 11 cm vrednost parametra bi bila maksimalna 100, a kada bi kernovi bili 9 cm vrednost RQD bi bila 0.

B.Kujundžić, pod stepenom oštećenosti stenske mase podrazumeva odnos brzina elastičnih longitudinalnih talasa u monolitnom delu stene i stenskoj masi.

Franklin je takodje predložio da se kao stepen ispucalosti stenske mase, odredjen na jezgru iz istražnih bušotina, koristi prosečno rastojanje, odnosno prosečna dužina komada jezgra za koje se predpostavlja da su izdeljeni pukotinama, a ne veštački slomljeni tokom bušenja ili vadjenja.

Posebno detaljno ispucalošću čvrstovezanih stenskih masa se bavio P. Lokin. On je predložio originalni postupak kojim se anizotropija ispucalosti stenske mase vrši na osnovu dužine kernova ispucale stenske mase (Sl. 7.6.).

137

Sl.7.6. Dijagram ispucalosti za promenljive vrednosti srednjih dužina komada jezgra, po P.Lokinu

7.2.4. Direktna i posredna ispitivanja ispucalosti stenskih masa

Ispitivanja ispucalosti, naročito čvrstovezanih stenskih masa, je sa geotehničkog stanovišta vrlo važno. Naime, bitna svojstva stenskih masa koja presudno utiču na uslove izgradnje skoro svih objekata upravo zavise od ispucalosti stenske mase.

Ispucalost u poluvezanim stenama je takodje od velikog značaja, ali je njegovom izučavanju do sada pridavana manja pažnja. Dva su bitna razloga koja su uticala na to. Prvi proizilazi iz činjenice da je ispucalost u tim stenama daleko teže ispitivati, nego što je to slučaj kad su u pitanju čvrste stene. Ustvari nema velikih otkrivenih izdanaka tih stena na površini terena, koji bi bili dostupni detaljnim pregledima, kakvi su česti slučajevi kod čvrstih stena. Kad se otkrivene površine (iskopi) u tim stenama i izvedu, moraju se iz bezbednosnih razloga brzo zaštititi (podgradom, obzidom, potporom i dr.) tako da opet postaju nedostupne. Drugi razlog je u tome da karakteristike ispucalosti ne menjaju radikalno deformabilna i otporna svojstva stenskih masa, kakav je slučaj kod čvrstih stena. Radi ilustracije samo, koliko ispucalost i u poluvezanim stenama može biti presudna u rešenju praktičnih problema, naveden je primer da parametri optornosti na smicanje duž klizne ravni su značajno nižih vrednosti nego u masi kliznog tela. Klizna ravan se može smatati kao specijalan slučaj diskontinualnosti.

138

Ispitivanje ispucalosti u čvrstim stenama se može izvoditi: - na otkrivenim površinama, dostupnim direktnom osmatranju i odredjenim

merenjima; - direktnim osmatranjima i merenjima na kernovima-uzorcima jezgra koje je

nabušeno u toku bušenja; - na zidovima bušotina, posredno fotokamerama, periskopima i drugim tehnikama

snimanja zidova; - posrednim metodama ispitivanja; npr. na osnovu vodopropustljivosti stenske

mase pri utiskivanju vode u nju; na osnovu brzina kretanja elastičnih talasa kroz monolitne delove i uporedjujući to sa brzinom kretanja talasa kroz stensku mase u terenu.

Sl.7.7. Trase pukotina: na situacionoj osnovi (a) i na profilu galerije (b)

Sve površine na kojima su stenske mase otkrivene, bez glinovito-peskovito-drobinske ili druge raspadine, pružaju dosta dobre mogućnosti za detaljna ispitivanja ispucalosti stenske mase. Takve su površine: izdanci stena; površine iskopa: u tunelima; podzemnim ispitnim i drugim galerijama; zaseci; useci; istražne raskrivke; istražne jame, okna i dr. Na svim takvim dostupnim površinama pukotine se jasno i markantno ističu, dele stensku masu. Preostaje da se dovoljno kvalitetno utvrde svi relevantni podaci o svakoj pukotini pojedinačno, da se genetski i po drugim kriterijumima dovoljno pouzdano raščlane u toku rada na licu mesta. Prikupljeni podaci će se nadalje, u postupku kabinetske obrade, sistematizovati i obraditi tako da se time dobiju podaci o familijama pukotina i ispucalosti uopšte.

Vrlo često, zahvaljujući tome što je najčešće ispitivanjima dostupno jezgro istražnih bušotina, vrše se ispitivanja pukotina upravo na jezgru. Neophodno je naglasiti da je ispucalost tako definisana, mnogo manje precizna u odnosu na direktno merenje na otkrivenim površinama, uprkos činjenici da se pukotine direktno osmatraju i mere odredjeni njihovi elementi. Razlog je u činjenici da se jezgro, ipak, dobija u komadima-kernovima, da je po pravilu neorijentisano, zna se pravac bušenja ali ne i zaokrenutost jezgra u odnosu na prvobitni položaj koji je zauzimalo u terenu. Osim toga, jezgro može biti nekvalitetno, oštećeno, pri procesu izvodjenja bušenja, što nadalje otežava ili potpuno isključuje mogućnost ispitivanja pukotina. U nekim povoljnim slučajevima, kao npr. kada je poznata

139

orijentacija slojevitosti moguće je preciznije ispitivati i ispucalost, jer se pukotine mogu orijentisati u odnosu na slojne površine.

Još teže je donositi precizne zaključke o ispucalosti stenske mase na bazi indirektnih metoda ispitivanja. Medjutim, vrlo često su i takvi podaci korisni.

140

8. INŽENJERSKA HIDROGEOLOGIJA

8.1. Opšti deo

Hidrogeologija je naučna oblast geologije, sa nekoliko uže specijalizovanih disciplina, koje sa teorijskog i praktičnog stanovišta izučavaju podzemne vode. Medju njiima su najznačajnije: opšta hidrogeologija; dinamika podzemnih voda; hidrohemija; meliorativna hidrogeologija; paleohidrogeologija i dr.

Opšta hidrogeologija se, uglavnom, bavi izučavanjem prirodne geološke sredine, u kojoj se vrši akumulacija podzemnih voda, prostornim rasporedom vodoprijemnih i vodonepropusnih stenskih masa kao i njihovim medjuodnosima, izučavanjem propusnosti stenskih masa i dr.

Dinamika podzemnih voda se bavi izučavanjem i definisanjem uslova kretanja podazemnih voda. Radi što boljeg definisanja tog procesa, neophodno je dovoljno tačno utvrditi: geometrijske elemente vodonosne i izolatorske sredine; pravce kretanja podzemne vode; stanje i promene pijezometarskih pritisaka; uslove prihranjivanja i pražnjenja akumuliranih podzemnih voda i dr.

Hidrogeohemija je naučna disciplina koja izučava: opšti hemijski sastav podzemnih voda, interakcijsko delovanje podzemne vode i mineralne materije u kojoj je voda akumulirana ili kroz koju protiče, hemijski sastav podzemnih voda sa stanovišta uslova korišćenja podzemnih voda, agresivno dejstvo podzemnih voda na gradjevinske materijale i dr.

Meliorativna hidrogeologija je deo hidrogeologije koji izučava praktične aspekte meliorativnih radova, kako u procesu navodnjavanja tako i odvodnjavanja odredjenih poljoprivrednih i drugih površina.

Paleohidrogeologija je disciplina koja izučava istoriju nastanka podzemne vode i njene transformacije.

Primenjena hidrogeologija se bavi praktičnim aspektima uticaja podzemnih voda u oblastima: inženjerske geologije; hidrogeologije u vodosnabdevanju; rudničkoj hidrogeologiji; meliorativnoj hidrogeologiji; hidrogeoseizmologiji; ekologiji; medicini; u korišćenju hidrotermalne energije i dr.

U inženjerskoj geologiji skoro da nema oblasti u kojoj podzemna voda nema uticaja, u obliku vezane ili slobodne vode, ili oba vida zbirno. U pojedinim slučajevima,

141

npr. kod crpljenja i zaštite iskopa od vode važna je količina vode i iznos sniženja nivoa te vode. U nekim drugim slučajevima, nisu važne količine vode ili sniženi nivoi, već i to da i izuzetno male količine vode u velikoj meri doprinose izmeni svojstava stenske mase, npr. izmeni karakteristika otpornosti na smicanje, povećanje lepljivosti, bubrenje, utiču na uslove zbijanja podtla ili nasutog materijala i dr.

Sveukupne zastupljene vode uZemljinoj kori, na zemlji i atmosferi čine hidrosferu. Prema F.P.Savarenskom hidrosfera se deli na nadzemnu i podzemnu. Količina voda u nadzemnoj hidrosferi odredjuje se relativno tačno, za razliku od ostala dva dela. Po proračunima M.I.Ljvoviča, u delu zemljine kore do dubine 5 km, količina podzemnih voda iznosi oko 60.000.000 km3 (tablica br.8.1.), a po F.A.Makarenku 86.000.000 km3.

Tablica br.8.1.: Voda u hidrosferi, vreme vodorazmene, po M.Ljvovič-u

Vode hidosfere Zapremina vode(x 103 km3 ) (%)

Puna vodorazmena(godina)

Okeani i mora 1370 323 93,96 2.600Podzemne vodeU zoni aktivne vodorazmene

(60.000)

4.000

(4.12)

0,27

(5.000)

330Lednici 24.000 1.65 10.000Jezera 280 0,019Vlažnost tla (85) (0,006) (0,9)Para u atmosferi 14 0,001 0,027Vode reka 1,2 0,0001 0,033Ukupno hidrosfera 1.454.193 100 2.800

Iz tablice se vidi da najveća količina vode čini okeane i mora, a da puna vodorazmena ukazuje na to da je u pitanju vrlo složeni proces kretanja vode: u vidu padavina iz atmosfere, delimičnog površinskog oticaja i infiltracije, kretanja kroz stensku masu do ponovnog izbijanja na površinu terena, isparavanja i novog dospeća u atmosferu. Uobičajeno se taj proces kretanja vode u prirodi naziva hidrološki ciklus (Sl.8.1). Značajne količine voda ulaze u sastav biosfere, a ima ih i u Kosmosu.

Sve vode čine ukupni bilans voda, a parcijalni delovi su samo deo sveukupnog bilansa. Sa stanovišta hidrogeologije, za bilans podzemnih voda su naročito značajne podzemne vode, ali i površinske i druge, bez obzira na njihovo poreklo, koje infiltracijom u poroznu sredinu postaju podzemne.

142

Sl.8.1 Shematski prikaz hidrološkog ciklusa

8.2. Vrste podzemnih voda u stenskim masama

Sve vrste vode, koje se nalaze uZemljinoj kori, tj. ispod površine Zemlje, nazivaju se zajedničkim imenom podzemne vode. Praktično posmatrano, nema nijedne vrste stenske mase koja u sebi ne sadrži neki vid podzemne vode. Voda može biti u sva tri agregatna stanja, takodje može biti sastavni deo nekih mineralnih vrsta. Posmatrano u vremenu i prostoru, voda je podložna promenama, prelasku iz jednog u drugo agregatno stanje, iz stanja fizički vezanih moguće je u pojedinim uslovima da ista predje u uslove slobodnih podzemnih voda, tj. odvija se konstantni prirodni proces kružnog kretanja vode u prirodi.

Vezana podzemna voda se u stenskim masama nalazi u različitim vidovima. Može biti sastavni deo mineralne vrste i to tako da se može tačno hemijski definisati. Osim toga, voda se može nalaziti na površini mineralnih zrna, tako da sile privlačenja znatno prevazilaze silu zemljine teže. Baš zbog toga što su te vode hemijski ili fizički vezane za mineralnu česticu iste ne podležu zakonima kretanja slobodnih podzemnih voda.

Hemijski vezane podzemne vode je akademik V.I. Vernadskij podelio na: konstitucione, kristalizacione i zeolitne.

Konstituciona voda učestvuje u gradji nekih minerala i to u disociranom obliku (OH)-, kao što su npr. bakrov mineral malahit CuCO3⋅ Cu(OH)2.

Kristalizaciona voda učestvuje u gradji kristalne rešetke minerala i to u obliku neutralnih molekula H2O, kao npr. mineral gips CaSO4⋅ 2H2O i dr.

Zeolitna voda se nalazi u formi kristalizacione, stim što je broj molekula vode promenljiv, varira u granicama od 1-8, može se odstraniti iz minerala pri zagrevanju na 105-1100C.

Fizički vezane podzemne vode se nalaze na površini mineralnih zrna. Uglavnom se tu zadržavaju oko sitnih čestica glline. Priroda im je takva da su uglavnom u vezi sa električnim silama privlačenja, stim što su najjače veze na samom kontaktu sa glinovitom česticom, a sa udaljavanjem od nje te sile slabe. Uglavnom, se razlikuju dve vrste vezane

143

vode ovog tipa: adsorpciona i opnena. Adsorpciona voda se nalazi neposredno oko čestica, drži se tu molekularno-električnim silama privlačenja i može se odstraniti samo ako se prevede u paro-gasovito stanje. Opnena voda obrazuje tanku opnu oko adsorpcione vode. Njena debljina je vrlo mala, nekoliko mikrona, a u slučaju povećanja debljine preko granice maksimalne, taj deo će podlegati zakonu gravitacionog kretanja slobodne podzemne vode. Čestice opnene vode se mogu kretati od jedne do druge mineralne čestice u slučaju nejednakog gradijenta, različite vlažnosti i nejednake temperature. Kreću se od čestica sa većom vlažnošću prema onim kod kojih je vlažnost manja. Kretanje je iz toplijih u hladniji deo područja. Kretanje izazivaju i razlike osmotskog pritiska i promenljiva koncentracija soli.

Kapilarna voda se formira u pojedinim vrstama stena tek posle punog zasićenja pora fizički vezanom vodom. Zapunjava sitne-kapilarne pore i uske-stisnute pukotine. Kapilarna voda se obrazuje u nadizdanskoj zoni terena neposredno iznad izdani, ali i u ostalom delu nadizdanske zone kad se zato steknu uslovi, uključujući i pripovršinski deo terena u zoni aeracije kada su usled procednih padavinskih, ili drugih vidova vode, zadovoljeni uslovi maksimalne molekularne vlažnosti. U uslovima isušivanja u laboratorijskim uslovima, takodje i u prirodnim uslovima, kapilarna voda se lako može odstraniti. Visina vodenog stuba kapilarne vode najviše zavisi od prirodne složenosti mineralnih zrna, medjusobnog rasporeda sitnih kapilarnih pora, položaja stenske mase u odnosu na potpuno vodozasićenu stensku masu. Generalno posmatrano, najosetljivije, sa najvećim kapilarnim stubom, su glinovite stenske mase, a u stenama sa makroporama kapilarne pojave su od manjeg značaja i vezane su samo za pojedinačne tanke pore.

Sl. 8.2 Podyemne vode u profilu terena, po M.Maksimoviću

Voda u tvrdom agregatnom stanju-led, nalazi se u formi kristala, proslojaka, ili nepravilnih malih nagomilaranja, u pojedinim rigoroznim uslovima debljina leda je i više desetina metara. Svakako da su najveće količine leda u polarnim ledenim oblastima, ali i u drugim područjima zemlje gde su u pojedinim periodima godine veoma niske temperature. U našim područjima, bez obzira što je mržnjenje kratkog sezonskog karaktera, vodi se o tome odgovarajuća pažnja i prilagodjavaju projektna rešenja tj. definiše minimalna dubina fundiranja temelja.

144

Voda u formi pare prisutna je u porama stenske mase. Iz vlažnijih područja premešta se ka suvljim. Moguće je da se vrši kondenzacija pare, pri čemu ona prelazi u vezanu ili slobodnu podzemnu vodu. Time se ostvaruje ravnoteža sa drugim vidovima podzemne vode, takodje i sa vlagom u vazduhu.

Slobodne podzemne vode su u tečnom stanju i podložne kretanju: usled dejstva sile gravitacije i gradijenta pritiska, a u manjem stepenu i pod dejstvom kapilarnih sila. Zapunjavaju medjuzrnsku, pukotinsku i ostalu poroznost u stenskoj mase. Količina akumuliranih voda je direktno zavisna od: poroznosti stenske mase; zapremine akviferske sredine i njenih geometrijskih elemenata; od padavina, površinskih ili drugih voda koje mogu dospeti u vodonosnu sredinu. Podzemna voda može biti tako akumulirana da je praktično u dužem vremenskom periodu zarobljena, bez značajnijeg iznosa kretanja, da je praktično u stanju mirovanja. Mnogo češći su slučajevi da se ona nalazi u kretanju. Pri kretanju podzemne vode mogu proticati kroz pore, ne remeteći pri tome ni u kojoj formi mineralnu materiju. Kod nevezanih stenskih masa, neophodan uslov za to je da je brzina kretanja mala, da je laminarni tok, a osim toga da je mineralni sastav sredine takav da nije podložan procesima rastvaranja u vodi. Ako to nije slučaj, može pod odredjenim uslovima doći do pomeranja sitnih mineralnih čestica, ili se u slučaju rastvorljive stenske mase pore mogu uvećavati.

8.3. Hemijski sastav i agresivnost podzemne vode

Podzemnu vodu sa ( 99,8%) čini "obična" voda (H2O), sa molekularnom težinom 18. Po svom težinskom sastavu ona ima 11,11% vodonika i 88,89% kiseonika. Sa (0,2%) je učešće tzv "teške" vode, molekularne težine 19 i drugi njeni varijeteti.

Osim vodonika i kiseonika, u podzemnim vodama je do sada konstatovano učešće još preko 60 elemenata Mendeljejevog periodnog sistema elemenata. Medjutim, svi se oni nalaze kao primese u elementarnom stanju ili mnogo češće u obliku različitih jedinjenja. Njihova ukupna zastupljenost u podzemnim vodama je po pravilu mala, mada može varirati od desetak mg do 200 g/l vode.

Podzemna voda rastvara mineralnu materiju. Koliko će rastvorene mineralne materije biti u vodi zavisi od dužine vremenskog perioda u kom se podzemna voda zadržava u terenu, od toga da li se radi o lako rastvorljivim mineralima iz grupe hlorida, sulfata i karbonata, ili su u pitanju teže rastvorljivi minerali iz grupe silikata, oksida i dr. Isto tako, rastvorljivost čvrstih mineralnih supstanci je veća ako su podzemne vode u dodiru sa ukupno posmatrano većom dodirnom površinom mineralne materije nego ako su površine njihovog uzajamnog dejstva manje.

Hemijska aktivnost podzemnih voda je uslovljena koncentracijom vodonikovih jona u njima - pH, tj. dekadnim logaritmom koncentracije vodonikovih jona u gram-ekvivalentima na jedan litar vode, sa negativnim znakom.

pH=log (H+)Hemijski čiste podzemne vode, pri temperaturi 220C u 10 000 000 litara sadrže

disociranih svega 18 grama vode, odnosno 10-7 jona vodonika ili jona (OH). Takve vode imaju pH=7 i hemijski su neutralne (tablica br.8.2.). Većina izdanskih voda ima pH od 7,2 do 8. Za piće su najbolje podzemne vode kod kojih pH iznosi od 7-7,4.

145

Tablica br.8.2.: Klasifikacija voda prema pHNaziv vode Jako kisele Slabo kisele Neutralne Bazne Jako alkalne

PH <5 5-7 7 >7 >9Tvrdoća vode je uslovljena sadržajem rasrvorenih soli Ca, Mg i Na, ali redje i

sulfata, hlorida, fosfata, silikata i nitrata. Prema sadržaju rastvorenih soli kallcijuma i magenezijuma podzemne vode se, sa praktičnog gledišta dele na meke i tvrde. Mekim vodama se nazivaju oen podzemne vode koje ne pričinjavajuj smetnje prisustvom rastvorenih sooi pri njihovoj upotrebi u svakodnevnom životu. Tvrde vode pričinjavaju razne teškoće pri njihovom korišćenju u domaćinstvu i industriji. Najznačajnije negativne posledice su u tome što se stvara kamenac ili kotlovac (CaCO3) na zidovima: sudova, kotlova, cevi i uredjaja u kojima se vrši zagrevanje ili hladjenje tvrde vode.

Prema vrstama rastvorenih soli, ukupnim količinama i mogušnostima njihovog odstranjivanja iz podzemnih vodaraslikuju se tri vrste tvrdoće podzemnih voda: privremena, stalna i ukupna. Privremena tvrdoća podzemnih voda potiče od lako rastvorljivih soli (uglavnom hidrokarbonata Ca i Mg) koje se mogu iz njih lako odstraniti kuvanjem ili dodavanjem CaO. Stalnu tvrdoću podzemnim vodama daju sulfati, hloridi, fosfati, silikati i nitrati većinom zemnoalkalnih metala. Stalna tvrdoća podzemnih voda se ne može lako odstraniti kuvanjem, kao što je to slučaj sa privremenom tvrdoćom, već se za njeno odstranjivanje mora primeniti odgovarajući hemijski proces. Privremena i stalna tvrdoća čine zajedno ukupnu tvrdoću podzemnih voda.

Tvrdoća podzemnih voda se izražava odgovarajućim stepenima tvrdoće, koji u raznim Zemljia ma imaju raziličite vrednosti. Nemački stepen tvrdoće (0d), koji se kod nas najčešće upotrebljava, odgovara rastvoru karbonatnih soli zemnoalkalnih metala, koji je sa hemijskog gledišta ekvivalentan rastvoru od 10 mg/l CaO ili 7,19 mg/l MgO. Jedan francuski stepen tvrdoće odgovara rastvoru 10 mg/l CaCO3, a engleski stepen tvrdoće je ekvivalentan rastvoru 10 mg CaCO3 u 0,7 lit.

Za piće su najpovoljnije umereno tvrde vode (8-12 0d), mada ni tvrdje vode nisu škodljive po zdravlje ljudi. Medjutim, tvrde vode pri upotrebi u domaćinstvu i industriji stvaraju razne poteškoće.

Agresivnost podzemnih voda predstavalja njihovo svojstvo da negativno deluju na beton, čelik i neke vrste kamena. Takve vode stupaju u hemijske reakcije sa navedenim gradjevinskim materijalom, oštećujući ih pri tome. Tako npr. pri dejstu voda sulfatne agresivnosti, u betonu dolazi do kristalizacije novoobrazovanih jedinjenja i kao rezultat povećanja zapremine tih krsistala dolazi do oštećenja u betonu.

Ugljokisela agresivnost se izražava u rastvaranju i ispiranju iz betona karbonatne komponente cementa.

Agresivnost može biti sledeća:1) Ugljokisela na koju utiče rastvoreni CO2(mg/l). Sredina je slabo agresivna ako je

sadržaj 25-30; srednje agresivna sa sadržajem 30-60 i jako agresivna sa sadržajem >60.2) Karbonatna agresivnost na beton (kao rezultat dejstva mekih voda, odnosno voda sa

sadržajem HCO3 manjim od 0,4-1,5 mg ekv/l),

Tablica br.8.3.: Klasifikacija voda, prema F.Kluth-u

Vrsta vode Tvrdoća0d

Vrlo meke 0-4Meke 4-8Umereno tvrde

8-12

Dosta tvrde 12-18Tvrde 18-30Vrlo tvrde >30

146

3) Opštekiselinska agresivnost (karakteristična je za vode sa velikom koncentracijom jona vodonika, odnosno sa vrednošću pH: 5,5-6,5 slabo agresivna sredina; 4,5-5,5 srednje agresivna; <4,5 jako agresivna.

4) Sulfatna agresivnost, zbog uticaja SO4 jona (mg/l): slaba-200-600; srednja - 600-3000; jaka sa sadržajem >3000. Za vrednosti ≥ 3000 treba upotrebljavati cemente koji su sulfatno otporni.

5) Magnezijumska agresivnost (mg/l, jona Mg2-): slaba-100-300; srednja - 300-1500; jaka >1500,

6) Kiseonična agresivnost (pod uticajem rastvorenog kiseonika u vodi, naročito u dodiru sa metalnim kosntrukcijama),

7) Agresivnost amonijaka (izražena kod izrazitog prisustva otpadnih voda),8) Agresivnost vode jakim bazama (voda sa visokim sadržajem alkalija),9) Bakterijsku agresivnost vode uz formiranje H2S (dejsto otpadnih voda).

Agresivne sredine, po ukupnom sadržaju soli (g/l) su: slabo agresivne 10-20; srednje 20-50; jako agresivne >50.

Prema ukupnoj mineralizaciji, sadržaju rastvorenih minerala i gasova, podzemne vode mogu biti normalne, mineralne i rasoli. Normalne podzemne vode imaju ukupnu mineralizaciju manju od 1 g/l, dok sa povišenom mineralizacijom preko 1 g/l su mineralne vode, gde mineralizacija može da bude do 50 g/l. Vode sa mineralizacijom preko 50 g/l nazivaju se rasoli. Mineralne podzemne vode sa povećanom temperaturom (preko 200C) nazivaju se termomineralnim.

8.4. Svojstva i klasifikacije akviferske i izolatorske sredine

Osnovni pojmovi

Slobodne podzemne vode zapunjavaju pore i kreću se pod dejstvom sile zemljine teže. Zavisno od geometrije vodonosne sredine, uslova doticaja i oticaja iz nje, izvesna količina vode se može akumulirati, zadržavati izvesno vreme. Geološki značajne akumulacije podzemnih voda čine izdani (Sl.8.3). Gornja površina izdanskih voda uobičajeno se naziva nivo podzemne vode i označava kao NPV. Podrazumeva se da se taj nivo meri u odredjenim objektima za njegovo merenje-pijezometrima. Neposredno iznad izdani, pod dejstvom kapilarnih sila, formira se kapilarni pojas. U plitkom površinskom delu terena, naročito se to odnosi na pedološki-oranični deo, nalaze se podzemne vode u različitom obliku i sačinjavaju rudinski pojas. Pored izdani koja ima relativno značajne rezerve podzemne vode, na Sl.8.3. je prikazana i tzv. lažna izdan. U suštini i ona ima sve elemente izdani, ali je jedino razlika u tome što ona nema veći značaj, odnosno radi se o maloj količini akumulirane vode. Zavisno od uslova isparavanja, eventualno procedjivanja vode iz nje u izdan koja se nalazi dublje, kao i uslova prihranjivanja, lažna izdan u pojedinim vremenskim delovima godine može da nestane-presuši.

147

Senske mase kroz koje se voda praktično ne kreće predstavljaju izolatore. npr. glina, lapor i njima srodne stene. Za razliku od njih velika većina stena ima pore takvih veličina i medjusobne povezanosti da se kroz njih voda može slobodno kretati ili akumulirati. To su akviferi, ili vodonosnici, redje je u upotrebi termin kolektori. Zavisno od količine vode koja prihranjuje izdansku zonu i filtracionih svojstava vodonosne sre-dine, nivo oscilira na gore ili dole, do maksi-malnog ili minimalnog NPV. Ta razlika maksimalnog i minimalnog nivoa naziva se režimom kolebanja izdani. Celokupna zona u terenu, od NPV do po-vršine terena sačinjava nadizdansku zonu. Linije toka podzemne vode su strujnice. Ekvi-potencijalne linije ili linije jednakog pritiska su hidoizohipse. One su upravne na linije toka. Objekti u kojima se crpi podzemna

voda su bunari (bušeni, kopani, reni, drenažni). Situaciona osnova, bilo koje razmere, sa izdvojenim litološkim vrstama stena, ili rejonima po nekom drugom hidrogeološkom kriteriju i drugim hidrogeološkim oznakama koje su takodje označene na karti čini hidrogeološku kartu. Isti ti elementi koji su predstavljeni na presecima, bilo da su preseci vertikalni ili nisu, čine hidrogeološki profil. Za odredjene proračune, najčešće se koriste hidrogeološki parametri: poroznost, koeficijent filtracije, transmisibilnost, elastična i gravitaciona vodoocednost, koeficijent nivoprovodnosti i pijezoprocodnosti.

Vodonosna i izolatorska sredina

Akviferi su stenske mase u kojima se akumulira slobodna podzemna voda i imaju propusnost višestruko veću od okolnih stenskih masa. Izolatori su stenske mase koje imaju znatno manju propousnost vode u odnosu na okolne. Prema tome, uočava se jasno relativnost pojmova akvifera i izolatora, tj. u jednom slučaju ista stenska masa može biti akvifer, a u drugom izolator. Tako npr., pesak u odnosu na šljunak je izolator, a isti pesak u odnosu na glinu je akvifer. Ipak, u praksi uobičajeno je za izvesne vrste stenskih masa da se uvek podrazumeva da su one akviferi, a neke izolatori. Pesak i šljunak, bez prisustva glinovite komponente, sa udelom frakcije zrna sitnijih od 0,2 mm ispod 10%, takodje i karstifikovani krečnjak i njima srodne stene su uvek akviferi. Glina, lapor i njima slične stene, po poroznosti, su uvek izolatori.

U pogledu prostornog položaja akviferske sredine, u odnosu na izolatorsku, u prirodi se nalaze brojne kombinacije njihovih medjuodnosa (Sl. 8.4) Značaj dobrog poznavanja geometrijskih odnosa akviferske sredine, u odnosu na izolatorsku, umnogome predodredjuje mnoge praktične aspekte rešavanja brojnih problema koji su u vezi uslova i mogućnosti prihranjivanja izdani, takodje pražnjenja izdani i sniženja NPV u uslovima

148

Sl.8.3. Slobodne podzemne vode u hidrogeološkom profilu tere-na; 1-glina-

izolator; 2-šljunak i pesak-vodonosna sredina

eksploatacije. U odnosu na erozioni bazis, dno prirodne površinske akumulacije vode, ili veštačke akumulacije, hidrogeološki akviferi mogu biti visoki ili niski. I ova podela je veoma bitna, jer ukazuje, pored ostalog, na to da podzemna voda visokog akvifera prihranjuje površinske vode, da u nekim uslovima može u celini biti izdrenirana, dok u uslovima niskog akvifera na uslove prihranjivanja i pražnjenja u velikoj meri utiču i površinski akumulirane vode.

Sl.8.4. Tipovi hidrogeoloških akvifera: a) otvoreni; b) zatvoreni; c) delimično zatvoreni; d) poluotvoren

Stenske mase koje imaju hidrogeološku funkciju izolatora mogu biti neposredno ispod akviferske sredine (u podini), iznad akvifera (u povlati) ili činiti bočne granice, odnosno barijere. Uslovi sedimentacije, ili način ispucalosti stenske mase, mogu usložnjavati odnose akviferskih i izolatorskih hidrogeoloških sredina, tako da je često moguće imati slučajeve smenjivanja akviferskih i izolatorskih sredina. Posebno izraženo je to u hidrogeološkim kompleksima, flišolikog tipa, gde se, po pravilu, u svakoj sekvenci (grupi slojeva) nalazi bar po neki vodonosni sloj: pesak-peščar, šljunak-konglomerat, krečnjak i dr.

149

Sl. 7.5. Položaj akviferskih sredina u terenu;1-visoki; 2-niski; 3-duboki sa vodom pod pritoiskm.

Izdani

Izdani su geološki značajne akumulacije slobodnih podzemnih voda. To znači da im je rasprostiranje, odnosno količina akumulirane vode, takva da je pri eksploataciji značajna. Podzemna voda može zapunjavati ingergranularne pore ili pukotinsku poroznost. U zavisnosti od toga, odnosno prema strukturnom tipu poroznosti izdani su podeljene na zbijeni i razbijeni strukturni tip. Specifičan tip poroznosti je u intenzivno karstifikovanim stenskim masama, prevashodno krečnjacima i dolomitima, pa se i izdani formirane u tim stenama nazivaju izdanima u karstu. Sva tri navedena tipa izdani imaju svoje specifičnosti. Najbitnije u svemu je to da izdani formirane u medjuzrnskom tipu poroznosti praktično su u kontinuitetu zastupljene u okviru date sredine. U svakoj bušotini, ili drugim objektom, kojima se udje u nju bez ikakvih problema će se registrovati i utvrditi nivo površine te izdani.

Izdan formirana u pukotinskom tipu poroznosti se može smatrati istovetnom sa izdani u medjuzrnskoj poroznosti, kada su pukotine veoma brojne, monolitni delovi omedjeni pukotinama su sitni, kretanje vode je saglasno zakonu Darsija. Ako to nije slučaj, hidrogeološki uslovi u terenu postaju složeniji. Tako npr. kada su pukotine u pojedinim delovima terena pojedinačne-slučajne, medjusobno nepovezane, podzemna voda može samo njih zapunjavati, a medjusobno voda iz tih slučajnih pukotina ne mora komunicirati. Takvi slučajevi su vrlo retki, pa se za praktične potrebe uvek vrši generalizacija tako da se i ispucalim stenama NPV podrazumeva da je kontinualan u terenu (Sl.8.6.).

Prema hidrauličkom mehanizmu izdani mogu biti slobodne i pod pritiskom (Sl. 8.7). Izdani pod pritiskom su podeljene na arteske i subarteske, zavisno od toga da li im je pijezometarski pritisak iznad površine terena ili nije. Izdani pod pritiskom se odlikuju time da im je celokupna akviferska sredina, koja je izmedju podinskog i povlatnog izolatora, u celini zapunjena vodom i ista deluje hidrostatičkim pritiskom u svim pravcima uključujući pri tom i delovanje na gornju graničnu površinu izmedju kolektora i izolatora.

150

Sl. 8.6. Strukturni tipovi izdani: slobodna u pesku; razbijena u krečnjaku

Slobodna izdan je karakteristična po tome što NPV može slobodno varirati od minimalne do maksimalne vrednosti, tako da akviferska sredina nije u celini nikada zapunjena vodom. Zbog toga i u uslovima postojanja povlatnog izolatora, podzemna voda slobodne izdani ne vrši nikakav hidrostatički piritisak na njega.

Prema udaljenosti bočnih granica-izolatora u odnosu na akvifer izdani mogu biti: beskonačnog prostranstva; poluograničenog i ograničenog. To u suštini znači da, npr. kod izdani beskonačnog prostranstva, crpljenje u posmatranoj tački nema nikakvog uticaja na granicama izdani.

Voda koja dotiče u izdan istu prihranjuje, a kada iz nje ističe tada je prazni. Najčešći vidovi hranjenja izdani su infiltracijom atmosferskih voda, potom iz površinskih voda: iz reka, jezera, mora, okeana, zavisno od povezanosti vodonosnika i tih voda. Često se u prirodi susreće obrnut proces, tj. da se izdanske vode prazne tako što ističu u površinske. Osim navedenih mogućnosti, prihranjivanje izdani može biti u vidu doticaja iz dubljih izdani, oslobadjanjem voda pri procesu konsolidacije i dijagenetskog očvršćavanja sedimenata. Pražnjenje izdani može biti prirodnim putem, na izvorima, ili veštačkim putem: bunarima, iglofiltrima, u otvorenom iskopu ili na neki drugi način.

Sl.8.7. Tipovi izdani prema hidrauličkom mehanizmu NPV1 nivo slobodne izdani; NPV2 nivo subarteske izdani, NPV3 nivo arteske izdani; P-1 pijezometar

151

8.5. Hidrogeološki parametri

Poroznost

Poroznost je svojstvo stenske mase da poseduje odredjene pore. One mogu nastati kad i sama stenska masa, kada se nazivaju singenetske. U slučaju da su pore nastale naknadno: odredjenim procesima rastvaranja stenske mase; procesima iznošenja sitnijih frakcija; rocesima mehaničkog lomljenja usled prekoračenja čvrstoće stene, tada je novonastala poroznost postgenetska. Ovo fizičko svojstvo stenske mase je detaljnije opisano u poglavlju fizičko-mehanička svojstva stena.

U hidrogeološkom smislu, pogotovu sa stanovišta izučavanja slobodnih podzemnih voda, poroznost je značajna, jer ista presudno utiče na količinu slobodnih voda koje su akumulirane u datoj sredini. Osim toga to svojstvo, odnosno veličina, oblik, i način povezanosti pora opredeljuje uslove kretanja slobodnih podzemnih voda, bilo da se radi o slobodnom isticaju, bilo da se radi o mogućnostima vodosnabdevanja, ili zaštiti temeljnih iskopa.

U pogledu veličina pora, tj. njihovom poprečnog preseka, u hidrogeologiji je uobičajena podela pora na: superkapilarne-sa veličinom pora >0,5 mm; kapilarne sa prečnikom pora od 0,5-0,0002 mm i subkapilarne sa veličinom pora < od 0,0002 mm. Praktično posmatrano slobodne podzemne vode su akumulirane samo u superkapilarnim porama. Uticaj zidova na hidrodinamičke procese kretanja podzemnih voda je minimalan. Za razliku od superkapilarnih pora i njihovog značaja za slobodno kretanje podzemnih voda, subkapilarne i kapilarne pore su od izrazito velikog značaja za procese koji su u vezi sa vezanim podzemnim vodama.

Propusnost

Propusnost stena i stenskih masa je svojstvo da su one izgradjene tako da kroz njih mogu da prolaze: slobodna podzemna voda, neki drugi fluid, ili gasovi. U hidrogeologiji, naročito u dinamici podzemnih voda, pod ovim svojstvom se razmatra kretanje slobodnih podzemnih voda, koje se kreću pod dejstvom unutrašnjih i spoljašnjih sila. Unutrašnje sile su posledica različitih pijezometarskih pritisaka, a spoljašnje nastaju dejstvom sile zemljine teže.Zakonitost kretanja vode kroz vodopropusnosnu stensku masu utvrdio je Francuski inženjer Henry Darcy-a. On je eksperimentalno, 1856.g.,na bazi svojih ispitivanja protoka vode kroz cev zapunjenu peskom, odredjenog poprečnog preseka, u koju su bile ugradjene pijezometarske cevi (P-1-2) za merenje nivoa vode (Sl. 8.8) utvrdio zakon filtracije, koji je poznat kao Darsijev zakon. Isti predstavlja jedan od osnovnih zakona kretanja podzemnih voda, a koeficijent filtracije osnovni parametar koji definiše filtraciju podzemnih voda.

152

Sl.8.8. Shematski prikaz ogleda Darsija

Darsi je eksperiment ponavljao, tako što je cev punio peskom različite granulacije. Utvrdio je da je pri sporom kretanju-strujanju vode protok direktno proporcionalan gubitku pijezometarske visine (H1 - H2), odnosno da je

IKAQ ⋅⋅=gde su:

Q-količina vode koja se filtrira kroz stenu u jedinici vremena (m3),A-površina poprečnog profila vodonosnog sloja (m2),v-brzina filtracije vode (m/s),K-koeficijent filtracije (m/s),I-hidraulički gradijent L/HI ∆=u - porni pritisak vode

Darsijeva brzina je:

IKA

Qv ⋅==

Kod turbulentnog kretanja vode, gubitak visine proporcionalan je kvadratu brzine, pri čemu je brzina

IKv =

Ako se vrednost brzine uvrsti u formulu proticaja tada je:

IKAQ =

Vrednosti koeficijenta filtracije najviše zavise od karakteristika pora, njihove medjusobne povezanosti, merodvanog prečnika karakterističnih pora. Delimično pojedine pore mogu biti zapunjene sitnijim odlomcima ili zrnima i to od iste ili neke druge vrste stene. Taj sitnozrniji materijal može biti singenetskog porekla, nastao kad i sama stena, ili

153

postgenetski, odnosno unet u prostor pore naknadnim procesima koji se dogadjaju u terenu. Poroznost može biti u toku vremena smanjena i usled drugih procesa, npr. usled oblaganja zidova pora nekom mineralnom materijom, procesima dijageneze, konsolidacije, kolmiranja i dr. Stoga je i vrednost koeficijenta filtracije promenljiva veličina, čak i za jednu te istu vrstu stena. Osnovne vrste klastičnih sedimentnih stena imaju sledeće vrednosti K (m/sec): gline K < 10-9; prašine 10-9 <K< 10-5; peskovi 10-5 <K< 10-2; šljunkovi K>10-2.

Prema vrednostima koeficijenta filtracije K (m/s) postoji više opšte prihvaćenih klasifikacija stenskih masa u pogledu propusnosti. U Francuskoj, prema Castanyi-u, stene intergranularne poroznosti su podeljene u sledeće četiri grupe:Veoma vodopropusne, K>10-1 ; Voopropusne, K= x 10-6 do 10-1; Malo vodopropusne K= 10-6 do 10-9; Nepropusne K< 10-9. U pogledu vodopropusnosti, granica izmedju vodopropusnih i vodonepropusnih stenskih masa je prema brojnim autorima u intervalu 10-7

>K>10-9 (m/s), odnosno sa većim vrednostima koeficijenta filtracije od navedenog stenske mase su vodopropusne i obrnuto.

Filtracione sredine su najčešće heterogene i anizotropne. To najviše zavisi od uslova sedimentacije, a osim toga i od geoloških procesa koji su pratili egzistenciju svake sredine od njenog nastanka do danas. Uslovi sredine i nastanka svake stenske mase ponaosob, relativno se lako definišu i prepoznaju na otkrivenim izdancima, nešto teže na bazi podataka jezgra istražnih bušotina, još teže na bazi indirektnih ispitivanja. Radi generalnog sagledavanja uticaja sredine na uslove filtracije podzemnih voda ovde su navedena dva karakteristična primera (Sl.8.9) koja se često sreću u stručnoj literaturi i to kako u oblasti hidrogeologije, tako isto i u geomehanici. Prvi primer se odnosi na višeslojnu sedimentacionu sredinu koju izgradjuju dominantno peskovito-šljunkovite stene, sa horizontalnom orijentacijom slojevitosti-graničnih površina medju sredinama. Sobzirom na to da se radi o jedinstvenoj izdani to sve sredine utiču na propustnost vode i to srazmerno njihovoj debljini i vrednostima koeficijenta filtracije. Matematički opisano merodavni-ekvivalentni koeficijent filtracije, koji reprezentuje posmatranu skupinu sredina može se izraziti:

∑=

=n

i

iix D

dKK

1

∑=

=n

1i i

iz

Kd

DK

Sl.8.9. Srednja vrednost koeficijenta filtracije, u slučaju kretanja podzemne vode u troslojnoj sredini: u horizontalnom pravcu (a); u vertikalnom pravcu (b)

154

Specifična izdašnost predstavlja količinu vode koja se može ocediti iz akvifera, jedinične zapremine, pri padu pritiska za jediničnu vrednost. Kod slobodnih podzemnih voda specifična izdašnost se drugačije zove vodoocednost. Parametar kojim se to definiše je koeficijent gravitacione vodoocednosti ili efektivna poroznost ( eµ ). Kod podzemnih voda pod pritiskom radi se o elastičnoj vodoocednost ili specifičnoj elastičnoj izdašnosti, a

parametar je koeficijent elastične vodoocednosti ( *eµ ).

Po obrascu P.Becinskog eµ =0,117 K1/7 , pri čemu se koeficijent filtracije K izražava u m/dan, moguće je odrediti orijentacione vrednosti efektivne poroznosti. U tablici koja sledi date su granične vrednosti parametra poroznosti i koeficijenta filtracije i to samo za neke karakteristične vrste stena.

Tablica br.8.4.: Poroznost i koeficijenta filtracije (K) nekih stena , po J.JosipovićuStena Ukupna poroznost Efektivna poroznost K (m/s) Peskoviti šljunak 0,25-0,35 0,20-0,25 5 x 10-4-5 x 10-3

Šljunkoviti pesak 0,28-0,35 0,15-0,20 2 x 10-4-1 x 10-3

Pesak 0,30-0,38 0,10-0,15 1 x 10-4-4 x 10-4

Alevritski pesak 0,33-0,40 0,08-0,12 1 x 10-5-2 x 10-4

Peskoviti alevrit 0,35-0,45 0,05-0,10 1 x 10-6-5 x 10-5

Glinoviti alevrit 0,40-0,55 0,03-0,08 1 x 10-8-5 x 10-6

Alevritska glina 0,45-0,65 0,02-0,05 < x 10-8

Koeficijent transmisibiliteta (provodljivosti, vodoprovodljivosti, transmisivnosti) obeležava se (T) i definiše jedinični proticaj za odredjeni gradijent pijezometarskog pritiska.

Sl.8.10 Shematski prikaz protoka vode u izdani pod pritiskom (a) i slobodnoj (b)

Koeficijent transmisibiliteta ima dimenzije površine m2/s ili m2/dan. Za artesku i subartesku izdan ovaj parametar je konstantan T=KM, dok to nije slučaj kad je u pitanju slobodna izdan T=Khsr. Za slobodnu izdan koeficijent transmisibiliteta predstavlja proizvod koeficijenta filtracije i srednje visine izdani. U uslovima crpljenja na bunaru, kapaciteta Q, merenih sniženja S1-S2 na pratećim pijezometrima i rastojanju izmedju bunara i pijezometara r, po predlogu G.Thiem-a:

155

1r2rlog

)2S1S(2

Q30,2T

−π=

Na osnovu protoka vode u slobodnoj i izdani pod pritiskom, kako je to dato na Sl.8.10. moguće je lako odrediti jedinični proticaj q (izmedju dva posmatrana profila i za jediničnu širinu posmatrano upravno na ravan slike).

L

MhHKKIMvAq

)( −===

ili

L

hHK

L

hHhHKsr

KIhvAq2

)22(

2

))(( −=

+−===

Koeficijent pijezoprovodnosti ( *e

Ta

µ=∗ ) definiše brzinu izmene slojnog pritiska

kod elastičnih režima filtracije u sloju sa podzemnom vodom pod pritiskom. Koeficijent

nivoprovodnosti ( *e

Ta

µ= ) definiše brzinu širenja depresije slobodnoj

izdani.

8.6. Osnovni elementi kretanja slobodnih podzemnih voda

Podzemna voda se kreće iz jednog područja u drugo saglasno dejstvu sile zemljine teže, iz područja sa višim pijezometarskim pritiskom u područje gde je on niži. Obično se uticaji sile teže nazivaju spoljašnjim uticajima, a uticaji pritisaka unutrašnjim. Najvažnije fizičke veličine, kojima se opisuje tok podzemnih voda, su: brzina kretanja; pijezometarski pritisak; gustina, viskozitet i temperatura tečnosti. Obzirom na to da su relativno zanemarljivi uticaji gustine, viskoznosti i temeprature, to za proučavanje toka podzemnih voda su najbitniji: brzina, odnosno strujno polje; i polje pritisaka, odnosno polje gradijenata pritisaka.

Naučna disciplina koja izučava kretanje vode, nafte, gasa i njihovih mešavina kroz prostore medjuzrnske poroznosti, ili kroz pukotine, naziva sa pozemna hidraulika. Izučavanjem kretanja podzemne vode bavi se hidraulika podzemnih voda. Osnove naučnog razvitka hiraulike vezuju se za sredinu 19. veka i izučavanja francuskog inženjera G.Darsija, tj. za 1856.g. kada je na bazi poznatih njegovih ispitivanja utvrdjen zakon filtracije.

156

Sl.8.11. Shematski prikaz vidova kretanja podzemnih voda: a) laminarni tok;

b)stvarni pravac toka-srednji pravac toka; makroskopski pravac toka - računski;

c) turbulentni tok

Problemima podzemne hidraulike bavili su se kasnije brojni istraživači, pogotovu u svetu, ali i kod nas. Težište pojedinih je bilo na teorijskim aspektima, a mnogi su radili na rešenjima problema koji se sreću u praksi: utvrdjivanju rezervi ili uslova i mogućnosti dobijanja vode, nafte i gasa; utvrdjivanju uslova filtracije u zoni velikih gradjevinskih objekata kakvi su brane, podzemna skladišta, skloništa; poboljšanju svojstava terena dreniranjem podzemnih voda; preciziranju fizičko-mehaničkih karakteristika tla u zavisnosti od vlažnosti; u popoljoprivredi radi rešenja problema navodnjavanja ili odvodanjavanja, i dr.

Kretanje podzemnih voda je definisano strujnim poljem, tj. strujnicama ili linijama toka i poljem pritisaka vode tj. hidroizohipsama. Prema uzajamnom položaju strujnica, kao i njihovom postojanošću u vremenu kretanje može biti istovetno ili promenljivo. Naime, kada su strujnice medjusobno paralelne, brzine kretanja su male, linearna je zavisnost od gradijenta pritiska, tj. kretanje je laminarno i podložno je zakonu Darsija. Obrnuto, kada su relativno velike brzine kretanja, zavisnost od gradijenta pritiska je stepena funkcija, tada dolazi do mešanja strujnica, tok podzemnih voda je turbulentan. Izvesno je da je matematički mnogo lakše i jednostavnije opisati laminarni nego turbulentni tok.

Sl.8.12. Strujne i ekvipotencijalne linije, a) u slučaju kad se voda gubi iz kanala u teren, b) pri crpljenju u bunaru, po J. Josipoviču

157

Laminarno kretanje može biti ustaljeno ili stacionarno i neustaljeno ili nestacionarno. Za ustaljeno kretanje je karakteristično da linije toka ne menjaju oblik, protok je konstantan u prostoru i vremenu. Obrnuti je slučaj kod neustaljenog kretanja podzemnih voda. U inženjerskoj praksi često se problemi rešavaju tako što se vrši odredjeni stepen uopštavanja, generalizacije, pa se kreanje podzemnih voda pojednostavljuje tako što se podrazumeva da je kretanje vode ustaljeno, umesto stvarnog pravca toka (mikroskopski koncept toka) u proračunima se usvaja srednji pravac linearnog toka (tzv. makroskopski koncept toka).

Polje pritisaka je odredjeno kada su u vremenu i prostoru utvrdjeni iznosi pijezometarskog pritiska. To znači da su na odredjenom istražnom području definisane linije pritisaka vode tj. hidroizohipse.

Pijezometarsku visinu podzemne vode je najjednostavnije odrediti u zato izvedenim objektima-pijezometrima (Sl.8.13.), istražnim ili eksploatacionim bunarima ili drugim objektima u kojima je moguće meriti dubinu do nivoa podzemne vode. Prema tome, moguće je meriti dubinu do takozvanog statičkog NPV, kada se podzemna voda ne crpi, tj. ne snižava se njen nivo veštačkim putem, ili u uslovima crpljenja-dinamički NPV. Pijezometarski pritisak ustvari predstavlja pijezometarsku kotu slobodnog NPV. Zavisi od visine vodenog stuba u akviferskoj sredini i položaja podine akvifera u odnosu na horizontalnu ravan. Stoga je jasno da je pijezometarski pritisak zbir pijezometarske visine i položajne ili geodetske visine tj. :

czgu

H ++ρ

=

Gde su:H - Pijezometarski pritisaku - porni pritisakρ - gustinag - ubrzanje sile zemljine težeρg=γ , vodez - položajna ili geodetska visinac - proizvoljna konstanta

Porni pritisak u datoj tački terena predstavlja visinu vodenog stuba u toj istoj tački. Generalno posmatano moguće je više slučajeva koji objašnjavaju iznos pornog pritiska:

- u slobodnoj izdani kada je porni pritisak u svakoj tački te izdani jednak visini stuba vode od posmatrane tačke do NPV;

- u slobodnoj izdani kada se izdanska voda kreće na dole, porni pritisak raste sa dubinom, ali realno ukupan pijezometarski pritisak opada zbog povećanih otpora jer je veća i dužina putanje kojom se podzemna voda kreće;

- u uslovima kretanja izdanske vode iz dubljih delova terena u pliće, porni pritisak opada, do uslova izjednačavanja sa NPV.

158

Sl. 8.13. Shematski prikaz tipova pijezometara: a) klasični u zrnastoj sedimentoj steni; b) klasični u čvrsto vezanoj steni; c) višestruki električni-soil mechanics

1-puna neperforirana cev; 2-Filtarski deo; 3-Taložnik; 4-Zid bušotine; 5-Perforirani deo cevi; 6-Zasip šljunka; 7-Merna ćelija; 8-Vodonepropusni tampon; 9-Zasip peska; 10-Kablovi

sa priključkom za logger-merač

Posmatrano u dva profila (1-1 i 2-2), fizičko značenje polja pritisaka vode najbolje se može predstaviti poznatom Bernulijevom jednačinom (D.Bernoulli, 1738.g.) u sledećem obliku:

Gde su:

2

2v - Kinetička

energija; ρP

- Pritisna energija; gz - Potencijalna energija

22

22

11

21

22z

g

P

g

vz

g

P

g

v++=++

ρρ

Gde su: v2 /2g brzinska visina; P/ρg - pritisna ili pijezometarska visina;

z - geodetska visina

Brzina kretanja podzemne vode je po pravilu mala, pa se prvi član Bernulijeve jednačine može zanemariti.

159

22

22

11

21

22gz

Pvgz

Pv ++=++ρρ

8.7. Zaštita temeljnih jama od podzemnih voda

Konkretizacija uslova kretanja podzemne vode, po zakonu Darsija, omogućila je rešavanje mnogih problema koji se susreću u praksi. To se odnosi na uslove i mogućnosti vodosnabdevanja; uslove i mogućnosti sniženja nivoa podzemne vode za potrebe gradjevinaratva; uslove i mogućnosti dreniranja terena kao mere poboljšanja svojstava terena i dr.

Postoje bitne principijelne razlike izmedju sniženja NPV za potrebe vodosnabdevanja i za sniženje NPV da bi se gradjevinski radovi izveli u suvom. Pri zadovoljenju potreba za vodom u vodosnabdevanju vodi seračuna o tome da se prekomernim crpljenjem brzo ne potroše postojeće zalihe podzemne vode, već da one budu zadovoljene po zahtevanom projektnom kriterijumu, tj.dovoljno dugo. Za realizaciju gradjevinskih radova dovoljno je da se ostvare mogućnstoi rada u suvom, da NPV bude dovoljno snižen, uvažavajući pri tome odredjena pravila i ograničenja.

Istražnim radovima je neophodno dovoljno detaljno istražiti dato područje da bi se mogla izvršiti odredjena uopštavanja-generalizacija. To se odnosi i na poslove rejonizaciji teritorije i izdvajanja odredjenih kvazihomogenih zona po bitnim parametrima, uključujući i hidrogeološke parametri. Tek potom se može pristupiti potrebnim proračunima i analizama. Treba istaći da su po pravilu greške u loše definisanoj geometriji sredina višestruko veće od grešaka koje se dobijaju izborom metoda proračuna. Značajno se prednost daje terenskim metodama ispitivanja u cilju dobijanja potrebnih parametara koji definišu filtraciona svojstva sredine, u odnosu na laboratorijske.

Izbor mera za sniženje nivoa podzemne vode, a time i zaštita iskopa uopšte (temeljne jame, rovovi i kanali za raznovrsne namene, iskopi u rudnicima sa površinskom eksploatacijom, iskopi u podzemlju koji po nameni mogu biti raznovrsni: bolnice, sportski objekti, skladišta, skloništa, tuneli i dr. ) zavisi od:litoloških vrsta stenskih masa, odnosno od geometrije zastupljenih sredina;filtracionih karakteristika zastupljenih sredina, naročito vodonosne u kojoj se izvodi crpljenje;- uslova prihranjivanja izdani, količine vode koju treba crpsti;- tehnologije i organizacije gradilišta gde se crpljenje izvodi, uključujući pri tome tehniku i tehnologiju izvodjenja odredjenih vrsta gradjevinskih i drugih radova, koji nisu u vezi sa crpljenjem;- vremena u kom se mora vršiti sniženje, kao i veličinu područja za koje se sniženje obavlja;- tehničkih karakteristika opreme i mašina kojima se sniženje obavlja.

Zaštita od slobodnih podzemnih, izdanskih, voda može biti privremena i trajna. Privremena je ograničena u vremenu: na vreme dok traju odredjeni gradjevinski radovi na iskopu i zaštiti zidova iskopa; dok traje iskop i izgradnja temeljne ploče objekta, eventualno i dela objekta koji je u zoni uticaja podzemne vode; dok je potrebno štititi iskop i opremu u njemu da bi se izveli neki drugi neophodni radovi i dr. Stalna zaštita od podzemne vode uključuje sve mere koje obuhvata privremena, ali i dodatne: npr. dugotrajno stalno ili povremeno crpljenje; ugradnju potrebne hidroizolacije na objektu pa potom prestanak crpljenja i dr.

160

Zaštita od slobodnih, izdanskih, podzemnih voda može biti raznovrsna: - slobodni dotok u temeljnu jamu, potom crpljenje i izbacivanje muljnim i drugim pumpama;- injektiranjem terena vodonepropusnom injekcionom masom;- drenažama;- depresionim bunarima;- iglofiltrima;- elektroosmozom

Neki od navedenih postupaka su prikazani u drugim poglavljima, npr. u merama poboljšanja svojstava terena.

Sniženje NPV Bunarima se efikasno može izvoditi u sredinama koje po granulometrijskom sastavu odgovraju: šljunkovima; peskovima i mešavini tih stena. Ispucale stene čije su filtracione karakteristike po vrednostima istovetne onim koje imaju šljunkovito-peskovite stene, ipak, zahtevaju posebnu analizu koja umnogome može zavisiti od karakteristika iskopa, hidrauličke povezanosti sa površinskim vodotokom ili površinskom akumulacijom vode i sl. Iglofiltri se često koriste, u gradjevinarstvu, za sniženje NPV prevashodno u prašinastim sedimentima, ili ako u njima ima manje količine drugih granularnih sedimenata, sa bitnim ograničenjima u pogledu dubine do koje se igle mogu pobiti pa time i sniziti NPV.

Bunari mogu biti raznovrsni: - po tehničkim karakteristikama: dubina; prečnik; tip filtra; - po načinu izvodjenja: bušeni mašinski direktno ili revesno, bušeni

ručno ; kopani mašinski ili ručno; - po pravcu vodozahvatnog dela najčešće: vertikalni (savršeni i

nesavršeni); horizontalni, kosi; - po tipu: cevasti, reni; - po nameni: opitni; eksploatacioni; za vodosnabdevanje, za zaštitu

iskopa (temeljne jame objekta, iskopa za infrastrukturne linijske objekte vodovoda i kanalizacije, iskopa za podzemne objekte, rudnika i dr.), dreniranje terena, za zaštitu sredine od štetnih zagadjivača i dr.Značajne su razlike u tehničkim karakteristikama i načinu izvodjenja mnogih od

navedenih vrsta bunara. Ipak, kod svih se u prethodno izvedeni iskop, ili izbušenu rupu bušotine-bunara, ugradjuje odredjena konstrukcija koja može biti različita u detaljima, ili po vrstama materijala (obične čelične cevi, plastične cevi, pocinkovane cevi, redje prohromske i dr.). Konstrukcija ima, pored ostalog (Sl.8.14.), neperforirani deo u koji voda ne može da udje; perforirani-vodoprijemni deo; taložnik i dr. Kada je ugradjena konstrukcija oko vodoprijenog dela konstukcije se ugradjuje šljunčani zasip, iznad njega vodonepropusni glineni ili drugi materijal koji zapunjava medjuprostor izmedju konstrukcije i zida bušotine. Šljunčani zasip ima funkciju da smanji brzinu filtracije vode u bunarsku konstrukciju, time i unošenje sitnih frakcija iz prirodne sredine. Ugradjeni materijal iznad zasipa ima zadatak da spreči zagadjenje izdanske vode upuštanjem površinskih i eventualno drugih voda.

161

Zajedničko svim bunarima je, bez obzira na način izvodjenja i druge tehničke karakteristike, da se crpljenjem vode koja iz izdani ulazi u bunar vrši sniženje prvobitnog NPV. Uobičajeno je da se nivo podzemne vode pre dejstva crpljenja naziva statičkim NPV, da se crpljenjem u zoni dejstva bunara vrši sniženje tog prvobitnog nivoa, odnosno dobija se tzv. dinamički NPV. Zona uticaja crpljenja tj. radijalno rastojanje od bunara do udaljenosti dokle se vrši promena statičkog NPV naziva se radijusom dejstva bunara (R). Upravo na tim činjenicama, sniženju vode, je i zasnovana zaštita iskopa od podzemne vode. Kako je sniženje najveće u bunaru, a opada sa udaljavanjem od njega, to je i težnja da se bunari lociraju što je moguće bliže temeljnoj jami. U mnogim slučajevima se projektovano sniženje ne može obaviti jednim bunarom, mora ih biti više i tada se vodi računa o njihovom rasporedu, kao i saznanju da se njihovi radijusi uticaja medjusobno preklapaju. Tada su sniženja povećana u području njihovog preklapajućeg delovanja.

Kakav će biti oblik depresione kupe, usled crpljenja, zavisi od karakteristika sredine, njenih granica, količine vode koja se crpi. U pogledu uticaja crpljenja na granice mogući su sledeći slučajevi:

- radijus dejstva pri crpljenju ne doseže do granica (npr. široka peskovito-šljunkovita aluvijalna ravan);

- uticaj crpljenja doseže do jedne granice (npr bunar u blizini reke gde se može usvojiti da je H=const-nema sniženja), a druga je u beskonačnosti;

- uticaji crpljenja se manifestuju na više granica, zbog malih dimenzija vodonosne sredine. Tada je moguće, izmedju ostalog, sledeće: depresija zahvata granicu tj. izolatorsku sredinu; depresija obuhvata granicu i šire područje koje mogu da čine npr. intenzivno ispucale stenske mase, eventualno karstifikovane, sa velikom količinom podzemne vode.

Pri analizi geotehničkih uslova crpljenja, izboru metode, broju objekata crpljenja i dr. mora se najviše voditi računa o svojstvima stenskih masa i terenu uopšte, tj. lokalnim prirodnim uslovima. Tek na bazi kvalitetno definisanog geotehničkog modela terena, uključujući pri tome i hidrogeološke parametre sredine, ili više sredina, moguće je uspešno usvojiti matematički model i izvesti proračune.

Pri započinjanju crpljenja na bunaru nivo podzemne vode počinje da opada; sve do ustaljenja oblika depresione krive, posle čega se ona ne menja. Iz takvih uslova jasno sledi

162

Sl. 8.14. Klasična konstrukcija bunara1-vodoprijemni deo; 2-taložnik; 3-puna cev; 4-

zasip; 5,6-zid bušotine; 7-blok; 8-pumpa

da je količina vode koja se crpi jednaka količini koja struji-teče iz izdanske zone u zonu vodozahvata. Takvi uslovi strujanja čine tzv. stacionarni režim strujanja podzemne vode. Po isključenju rada bunara - prestanku crpljenja NPV će se posle izvesnog vremena izravnati sa početnim. Ako se smanji količina vode koja se crpi, u odnosu na neku prethodnu količinu, dinamički NPV će zauteti neki drugi nivo, viši od prethodnog. Iz navedenog jasno proističe da povećan kapacitet crpljenja direktno uslovljava povećano sniženje nivoa vode. Svi ti elementi se pri opitnom crpljenju mere, shodno ustaljenim pravilima.

Radi prikaza proračuna sniženja NPV dato je nekoliko karakterističnih, jednostavnih, primera. Na osnovu njih je moguće shvatiti složenost razmatrane problematike; i steći polazne osnove za dalja izučavanja u ovoj oblasti. To se ističe, jer su u realnim uslovima moguće brojne kombinacije prirodnih uslova, takodje i parametara koji su promenljivi a vezani za objekte crpljenja. Tako npr. umesto jednoslojne sredine, kao najjednostavnijeg slučaja, u prirodi su najčešće kombinacije: dvoslojne, troslojne ili višeslojne. Vodozahvatni, filtrarski, deo konstrukcije bunara može biti ugradjen duž celog akvifera (savršen bunar), ali i samo na delu akvifera (nesavršen bunar) i to u različitim kombinacijama. Isto tako, promenljiva je količina vode koja se crpi na bunaru, što se može manifestovati drugačijim odnosima pijezometarskog nivoa izdani u odnosu na granice vodonosne sredine. Crpljenje može biti u stacionarnom ili nestacionarnom režimu filtracije.

Primer 1: Savršeni bunar u izdani pod pritiskom

Polazne predpostavke za vodonosni horizont iz kog se voda crpi su sledeće: akvifer je praktično beskonačan; istovetne je debljine u zoni uticaja crpljenja; homogen je i izotropan; NPV je horizontalan; količina vode u bunaru je zanemarljivo mala tj. prečnik bunara se može zanemariti; doticaj u bunar je horizontalan i po celoj dužini vodonosne sredine (Sl.8.15.) strujanje je stacionarno.

Ekvipotencijalne linije-hidroizohipse, u generalizovanoj homogenoj i izotropnoj sredini-izdani će biti koncentrični krugovi, sa strujnim linijama usmerenim ka centru tj. bunaru.

163

Sl.8.15. Shema savršenog bunara za sniženje NPV u izdani pod pritiskom;Q - kapacitet crpljenja; sniženje u bunaru S = H-h ; H - statički NPV; h - dinamički NPV u bunaru; R - radijus dejstva; r - poluprečnik bunara; M - debljina vodonosne sredine

Polazeći od opšte jednačine protoka:

Q=Av

gde je A=2rπ obim vodoprijenog dela bunara, v=KI je Darsijeva brzina, sledi:

dldhMKr2Q π=

∫ ∫π

=H

h

R

r r

dr

KM2

QdH

rešenjem integrala dobija se:

164

r

Rln

hHT2Q

−π=

ili

rlnRln

SKM2Q

−π=

Primer 2: Savršeni bunar u slobodnoj izdani

Sl. 8.16. Shema bunara za sniženje NPV u izdani sa slobodnim NPV;Q - kapacitet crpljenja; sniženje u bunaru S = H-h ; H - statički NPV; h - dinamički NPV u

bunaru; R - radijus dejstva; r - poluprečnik bunara; M - debljina vodonosne sredine

Pri istim predpostavkama, kao i za bunar u primeru 1 i datoj shemi na Sl. 8.16. rešenjem jednačine koja opisuje kretanje vode ka bunaru, u slobodnoj izdani, za poznate granične uslove, može se lako odrediti vrednost koeficijenta filtracije iz jednačine:

165

r

Rln

2h2HKQ

−π=

ili po formuli Dupuit-a:

r

Rln

S)SH2(KQ

−π=

Iz prikazanih jednačina moguće je odrediti sniženje u bunaru:

r

Rln

K

Q2HHSπ

−−=

Medjuzavisnost kapaciteta crpljenja i sniženja, za slobodnu i artesku izdan, može se grafički i analitički izraziti kao na Sl.8.17

Sl.8.17 Shematski prikaz zavisnosti Q=f(S), za artesku i slobodnu izdan

U primerima 1 i 2 dati su izrazi na osnovu kojih se mogu izračunati vrednosti koeficijenta filtracije za karakteristične osnovne vrste izdani. Istim metodološkim postupcima, za slobodnu izdan i subartesku, zavisno od tipa bunara, dužine filtra-vodoprijemnog dela, iznosa sniženja i dr. mnogi autori su predložili formule za izračunavanje koeficijenta filtracije. Neke od mnogobrojnih su date u tablici br.8.5 Navedeni izrazi su zasnovani pri stacionarnom strujanju vode ka bunaru. Oznake su kao u primerima 1 i 2, neke dopunske su objašnjene u zadnjoj koloni iste tablice. Polazne predpostavke za vodonosni horizont i opšte uslove filtracije su iste kao u primeru 1.

166

Tablica br.8.5.: Formule za izračunavanje koeficijenta filtracije, na osnovu opita crpljenjaAutor Formula Uslovi važenja formuleBunar bez pijezometara u zoni sniženja NPV

Dupuit

2hM)MH2(

)rlogR(logQ73,0K

−−

−=

1) Savršen bunar2) Izdan je pod pritiskom;3) H>M; h<M

Girinski i Babuškin

r

L66,0log

LS

Q366,0K =

1) Nesavršen bunar2) Izdan je pod pritiskom3) L-dužina vodoprijemnog dela >0,3M

Forhajmer

S)SH2(

)rloga2(logQ73,0K

−

−=

1) Savršen bunar2) Bunar blizu reke3) Povr. vodotok utiče na crpljenje na bunaru4) a - rastojanje bunara do reke

Babuškin

)

r

L66,0log

L

r

Rlog

SL(S

Q73,0K

++

=1) Slobodna izdan2) Nesavršen bunar3) vodoprijemni deo filtra je L <0,3H

Bunar sa pratećim pijezometrom (pijezometrima) u zoni sniženja NPVDupuit

)1SS(M

)rlog1rx(logQ366,0K

−

−=

1) Izdan pod pritiskom2) Savršen bunar + 1pijezometar3) Sniženje NPV ne doseže do povlate akvifera4) xr1 - rastojanje od bunara do pijezometra5) S1 - Sniženje NPV na pijezometru

Dupuit

)2S1

S(M

)1r

log2rx(logQ366,0K

−

−=

1) Izdan pod pritiskom2) Savršen bunar + 2pijezometra3) Sniženje NPV ne doseže do povlate akvifera4) xr2 - xr1 rastojanje izmedju pijezometara5) S1-S2 - Razlika sniženja NPV na bližem i udaljenijem pijezometru

Dupuit

)1SS(1SSH2(

)rlog10,73Q(logxK

−−−

−=

1) Savršen bunar + 1 pijezometar2) Izdan je slobodna3) x1 - rastojanje izmedju bunara i pijezometra; S1 - sniženje na pijezometru

Babuškin i Girinski )

1x2

1arsh

r

L66,0log3,2(

)1SS(L

Q16,0K −−=

1) Izdan pod pritiskom2) Savršen bunar + 1pijezometar3) Sniženje NPV ne doseže do povlate akvifera4) xr1 - rastojanje od bunara do pijezometra5) S1 - Sniženje NPV na pijezometru 6) L - vodoprijemni deo, pri čemu je M znatno veće od L; Gornja ivica filtra C<1,5L

Manje pouzdane su vrednosti koeficijenta filtracije (K) definisane samo na bazi granulometrijskih analiza, nego one koje su odredjene opitima crpljenja in situ. Na bazi

167

granulometrije uzoraka, brojni autori (Hazen, Tercagi, Bejer, Kriger, Kozeni, Cunker i dr.) predložili su formule za izračunavanje vrednosti parametra K. Osim navedenih često se koristi formula USBR-a data od strane grupe američkih autora.

Koeficijent filtracije K, po formuli Hazena, na osnovu granulometrijskog sastava izračunava se po formuli:

2e

dACK ψ=

gde su:A - koeficijent sa vrednostima: kad je K(m/dan) tad je A=1; za K(sm/s) tad je A=0.00116; C - empirijski koeficijent: ako je pesak i ujednačen C=1200, ako je pesak zbijen, uz to glinovit ili sa dosta limonita, C=400. Pesak karakteristika izmedju navedenih krajnosti ima za C neku vrednost od 400 - 1200.ψ =0,70+0,03t t - temperatura vode 0Cde - efektivni prečnik zrna, d10 (mm), sa granulometrijske krive

Ako je temperatura vode 100C, K(cm/s), d10 (mm), C=860 tada je

K=(d 10)2

U uslovima nestacionarnog režima strujanja, sa povećanjem vremena crpljenja (Q=const; do kraja crpljenja na beskonačnom udaljenju nema sniženja NPV tj. H(∞,t)=Hpočetno), ne dolazi do ustaljenja NPV, već dolazi do sniženja vode u bunaru, povećava se radijus dejstva tj. povećava se depresiona kupa. U procesu sniženja NPV, za potrebe zaštite temeljne jame, ne mora se striktno voditi računa o tome da li se crpljenjem prelazi iz jednog u drugi režim crpljenja, kao što se o tome vodi računa o bunarima koji služe za vodosnabdevanje. Naime, bitno je da se ostvari odredjeno traženo sniženje. Najčešće je to potrebno, da bi rad bio u suvom, samo dok se ne završe radovi u temeljnoj jami a teži se tome da to bude u relativno kratkom vremenskom periodu. Ipak, neophodno je poštovati odredjena pravila i ograničenja, a ne snižavati NPV bez ikakvih ograničenja. Ta ograničenja se, u suštini, svode na to da se crpljenjem na bunaru obezbedi sledeće:1) Da se procesom crpljenja ne iznose2) sitne čestice-fragmenti prirodnog tla tj. da je bunar dobrih konstruktivnih

karakteristika, prevashodno da su odgovarajući otvori na filtru i zahtevana granulometrija zasipa. Navedeno je npr. od izuzetne važnosti ako se crpljenje izvodi u urbanom području, gde je nova zgrada u susedstvu već izgradjene postojeće;

3) Sniženjem NPV povećavaju se efektivni naponi, smanjenjem neutralnih, što se može odraziti na neželjena sleganja. Naročito se to negativno dejstvo može odraziti pri neravnomernom dodatnom sleganju susednih izgradjenih objekata;

4) Sniženje izvoditi, po pravilu, samo do potrebne dubine. Najčešće je to kota dna iskopa za temelj i dodatnih još oko 0,5 m ako je potrebno izvesti zbijanje podtla i tamposnskog sloja: lomljeni kamen; šljunak; pesak.

5) Nekada je zahtevano sniženje moguće izvesti i samo jednim bunarom, ali u uslovima izrazito velikog sniženja vode u bunaru, pa se opravdanim može pokazati da je bolje i racionalnije isto izvesti sa većim brojem, umesto jednog, bunara;

6) Sa većim brojem bunara je moguće postići ravnomernije sniženje na predmetnom lokalitetu, sa manjim depresijacijama u zoni bunara.

168

Osnovna diferencijalna jednačina kojom se opisuje nestacionarni radijalni tok glasi:

t

H

a

1

r

H

r

12r

H2

∂

∂=

∂

∂+

∂

∂

gde su: koeficijent pijezoprovodnosti a=T/µe;umesto H može se uvrstiti sniženje S, pa se dobija istovetna jednačina;r - radijalna udaljenost od bunara

Jednačina se može rešiti na različite načine, a po rešenju Theis-a sniženje S, u bezdimenzionalnom obliku, glasi:

∫∞ −

π=

udu

u

ue

T4

QS

Integralni deo izraza se najčešće Naziva Weil-ovom funkcijom (W(u)), koja se najčešće aproksimira izrazom:

2r

at25,2ln)u(W =

odnosno osnovna jednačina za sračunavanje depresije glasi:

2r

at25,2ln

T4

QS

π=

gde su:S - sniženje podzemne vode na rastojanju r od bunara, ili na rastojanjima r svih bunara Qukupno ako ih je više;T - koeficijent transmisibiliteta;a - koeficijent pijezoprovodnosti;t - vreme crpljenja

Zaštita iskopa, od podzemnih voda,pomoću iglofiltara se takodje često primenjuje. To se radi naročito u urbanim gradskim područjima i pri odredjenim geološkim povoljnostima za to. Neophodni geološki preduslovi se odnose, prevashodno, na to da je teren izgradjen od prašinastih sedimenata sa ili bez učešća ostalih po veličini granulometrijskih fragmenata (peska, gline, redje pojedinačnih zrna šljunka). Drugi bitan uticajni činilac je taj da je relativno mala dubina do NPV i isto tako da je zahtevano sniženje relativno malo.

169

Primena ove metode sniženja nivoa podzemne vode se u gradskim uslovima često koristi pri sniženju vode: duž iskopa rovova za ugradnju novih, ili na mestima havarisanih, kanalizacionih i vodovodnih cevi i drugih infrastrukturnih linijskih objekata; na mikrolokacijama pojedinih drugih objekata. Igle-iglofiltri, povezni elementi i potrebni alat su lako prenosivi, a savremene pumpe i njihov pogonski motor pokretljivi. To obezbedjuje vrlo jednostavan pristup poslu, a ako su efekti rada i zadovoljavajući u smislu sniženja, onda se sveukupno može reći da je to vrlo efikasna mera sniženja.

Sl. 8.18. Shematski prikaz sniženja NPV iglofiltrima; 1-filterski deo sa završnom glavom; 2-nadfiltarska cev; 3-zasip od peska; 4-tampon od glilne; 5-gumeno crevo za priključak na

sabirni cevovod

170

9. ALTERACIJE STENA

Alteracije su prirodni procesi kojima se vrše izmene primarnih svojstava stena. Zavisno od toga da li su izmene praćene samo prekoračenjem čvrstoće stena, ili se dešavaju i hemijske promene, alteracijama stene mogu biti fizički i hemisjki izmenjene. Po mestu gde se dešavaju uZemljinoj kori, alteracije mogu biti u unutrašnjosti ili u površinskoj zoni terena.

Svi nadzemni objekti, kao i pojedini delovi podzemnih, fundiraju se u kori raspadanja tj. u stenskim masama koje su, u većoj ili manjoj meri, zahvaćene alterisanjem. Često se celokupna zona sadejstva terena i objekata nalazi u okviru alterisane zone. Zbog toga je veoma značajno poznavanje stepena izmena, dubine zahvaćene zone, promena karakteristika pojedinih značajnih inženjerskih svojstava, mogućnosti razvoja savremenih geodinamičkih procesa koji prate egzistenciju tog dela terena.

Alteracije su najintenzivnije na površini terena, ili u površinskoj zoni, a sa povećanjem dubine intenzitet izmena je smanjen. Izuzetak od toga je jedna vrsta alteracija-hidrotermalnih izmena, koja je najzastupljenija u dubljim delovima i proističe iz činjenice da su hidrotermalni uslovi najviše zadovoljeni u dubljim delovima terena. Postoji bitna razlika izmedju stena koje su alterisane i onih koje nisu. Razlika je u tome da alterisane stene u kori raspadanja imaju smanjene vrednosti parametara: čvrstoće; otpornosti na smicanje; deformabilnosti. To im, u suštini, umanjuje vrednost kao gradjevinskom materijalu, a teren čini nepovoljnijim za fundiranje i izgradnju objekata. Kora raspadanja je, po pravilu, podložna klizanju i razvoju drugih savremenim geodinamičkim procesa, što je takodje čini nepovoljnijom. Zbog svega toga alteracije stena su značajne kako sa stanovišta izučavanja i praćenja geoloških procesa, još više sa stanovišta rešavanja praktičnih zadataka.

Alteracije su relativno spor i dugotrajan proces. To znači da je inženjerska potreba, pre svega, da se utvrdi stepen alteracija stena u sklopu terena u vreme istraživanja. Kao takvo ono će se održati u ekesploatacionom veku objekta. Izuzeci od toga mogu biti kada se razmatra mogućnost alteracija stena koje su kao sveže uzete iz terena i ugradjene u odredjene objekte. U tim uslovima, kada te sveže stene nisu zaštićene prirodnom raspadinom, može doći do intenziviranja alteracija. Da li će do alteracija doći, ili neće, zavisi od mnogobrojnih uticajnih činilaca. Ipak, dovoljno je naglasiti da se pri upotrebi takvih stena, mora voditi računa o mogućnostima njihovih izmena u novim uslovima postojanja.

171

9.1. Vrste alteracija stenskih masa

Alterisanje stenskih masa nastaje pojedinačnim ili združenim delovanjem različitih agenasa. Najobimnije izmene nastaju dejstvom hladnih ili toplih voda, pa se voda smatra najvažnijim agensom. Osim voda procesu izmena potpomažu: temperatura; promena naponskog stanja u sklopu terena; delovanja biljnog i životinjskog sveta; neke aktivnosti čoveka. Najvažnije vrste alteracija stenskih masa su:

- površinsko raspadanje, - alteracije na srednjim i niskim temperaturama (dijagenetske promene od 50-100

0C), - hidrotermalne alteracije (100-5000C), - deuterične alteracije (500-700 0C), - pneumatolitske alteracije (alteracije gasovima).Površinsko raspadanje i hidrotermalne izmene stena su sa inženjerskogeološkog

gledišta najznačajnije alteracije.

9.2. Površinsko raspadanje i hidrotermalne izmene

Površinsko raspadanje stenskih masa je proces koji se odvija u površinskoj zoni terena, združenim delovanjem fizičko-hemijskih procesa. Raspadanje, shodno tome odgovarajuće izmene, vrši se u svim vrstama stena i u svim podnebljima. Možda su izuzeci od toga jedino u podnebljima večitog leda, koji je delovao zaštitno od svih tzv. egzogenih-spoljašnjih uticaja.

Kada se površinsko raspadanje odvija na zaravnjenim, ili blago nagnutim terenima, tada nema spiranja ili drugih vidova odnošenja raspadnutog materijla. On on ostaje na mestu gde se raspadanje i odvija. Produkt takvog raspadanja se uobičajeno naziva eluvijum, a raspadina eluvijalna. U strmijim područjima dolazi do premeštanja raspadnutog materijala, gravitaciono u sadejstvu sa padavinskim vodama. Često se takav materijal taloži u podnožju padine, ili na pojedinim njenim zaravnjenijim delovima. Takav pokretan materijal iz kore raspadanja naziva se deluvijalni, a tvorevina nastala njegovim odlaganjem deluvijum.

Brzina, tip raspadanja i priroda krajnjih produkata, posledica su lokalnih uslova sredine, odnosno otpornosti primarnih petrogenih minerala.

Zavisno od toga da li se u procesu površinskog raspadanja vrši mehanička dezintegracija ili samo izmene hemijskog sastava stenskih masa, razlikuju se fizičko i hemijsko raspadanje. Najčešće se raspadanje vrši združenim delovanjem fizičko-hemijskih procesa. U oblastima koje karakteriše manjak vlage i odsustvo slobodnih voda (aridne, polarne i visokoplaninske) preovladjuje fizičko raspadanje, dok u oblastima sa važnijom klimom (umereno vlažne, vlažno-tropske i subtropske) preovladjuje hemijsko raspadanje.

172

Fizičko raspadanje

Fizičko raspadanje stenskih masa posledica je delovanja više faktora, od kojih su najvažniji:

- kolebanja temperature (dnevna i godišnja), - kristalizacija i hidratacija soli, - zamrzavanje vode u pukotinama i - rašćenje korenja biljaka. Ova vrsta raspadanja stenskih masa najintenzivnija je na ogoljenim delovima

terena, bez humusa i vegetacije. Minerali koji učestvuju u gradji stene nejednako se šire usled zagrevanja, linearno

i zapreminski. Zbog toga se u stenskoj masi stvara nehomogeno naponsko polje, što ima za posledicu slabljenje kohezionih sila izmedju zrna ili fragmenata od kojih je stena izgradjena. Ponavljanje ciklusa zagrevanja i hladjenja dovodi do stvaranja mikroprslina. Intezitet raspadanja usled dnevnih kolebanja temperature, zavisan je od vrste stenskih masa, nadmorske visine, pokrivenosti terena, temperaturnih razlika i dr. U našim klimatskim uslovima dnevna kolebanja temperature su do dubine od nekoliko desetina cm.

Kristalizacijom i hidratacijom soli u pukotinama stvaraju se naponi, koji npr. pri prelasku anhidrita u gips mogu dostići pritiske od 110 MPa.

Mržnjenjem vode u diskontinuietima (pukotine, rasedi i sve druge pore i šupljine) povećava se njena zapremina i stvara pritisak do 200 MPa.

Hemijsko raspadanje

Hemijsko raspadanje stena svodi se u najvećem broju slučajeva na rastvaračko dejstvo dode, uticaj kiseonika iz vazduha (procesi oksidacije u površinskim delovima) i agresivno dejstvo raznih kiselina. Intenzitet procesa direktno je zavisan od temperature i pritiska, kao i površine mineralne suspstance koja je izložena razaranju.

Oksidacija kao najznačajnija reakcija u prirodi, zajedno sa hidratacijom i karbonitizacijom predstavlja najvažnije procese koji dovode do hemijskog raspadanja stena.

Inženjerskogeološko zoniranje kore površinskog raspadanja

Plitki površinski deo terena, u kome su izražena dejstva fizičko-hemijskih i i bohemijskih procesa, čini površinsku zonu terena sa alterisanim stenama. Te alterisane stene uobičajeno se nazivaju "kora površinskog raspadanja". Debljina kore raspadanja zavisi od dužine trajanja pomenutih procesa, vrste stene, morfologije područja i dr. U našoj zemlji ona obično iznosi 10-20m, nekad duž privilegovanih pravaca i ispucalijih zona do 100 m.

Proces površinskog raspadanja napreduje od površine terena ka dubini, ali sa različitom brzinom i intenzitetom u pojedinim delovima stene. Najintenzivniji je na površini, a sa dubinom stepen izmena opada.

173

Po obliku i položaju u terenu razlikuju se površinske i linijske kore raspadanja, a po vremenu postanka savremene i stare kore raspadanja. Ako je stara kora raspadanja prekrivena mladjim sedimentima naziva se fosilna (kora raspadanja u beogradskim laporima prekrivena lesom).

Prema predlogu W.R.Dearmana (1967), prihvaćenom od strane Engleskog geološkog društva, a koji je poslužio i kao osnova za uputstva Medjunarodne asocijacije za inženjersku geologiju (IAEG), kora raspadanja može se raščlaniti na šest kategorija (tablica br.9.1.).

Tablica br.9.1.: Klasifikacija kore raspadanja, po Dearmanu-u. STANJE

STENSKE MASE

KATEGORIJA OPIS STENSKE MASE

Sveža stena I Nema vidljivih znakova raspadanja, osim obojenosti duž glavnih diskontinuiteta.

Slabo raspadnuta stena

II Obojenost stene ukazuje na raspadanje monolita i površina diskontinuiteta. Ceo stenski materijal može biti obojen kao posledica raspadanja.

Srednje raspadnuta stena

III Manje od 50% mase stene je dezintegrisano i pretvoreno u Zemljia st materijal. Sveži, ali ipak obojeni delovi stene, sačuvani su kao blokovi ili kontinuirano.

Vrlo raspadnuta stena

IV Više od 50% mase stene je dezintegrisano i pretvoreno u Zemljia st materijal. Sveži, ali obojeni delovi stene, se još uvek mogu naći kao nontinuirana masa ili kao izolovani blokovi.

Potpuno raspadnuta stena

V Cela masa stene je dezintegrisana u Zemljia st materijal-tlo. Primarna struktura stenske mase je očuvana.

Rezidualno tlo (eluvij)

VI Cela masa stene je dizintegrisana u tlo. Primarna struktura stene je potpuno razorena. Ima velikih promena zapremine. Materijal nije transportovan.

174

Sl.9.1.Shematski prikaz kore raspadanja, 1-

zona glinovite raspadine; 2-zona drobinske raspadine; 3-zona blokova; 4-izmene duž

pukotina; 5-sveža, neizmenjena stenska masa

G. S. Zolotarev koru raspadanja deli na tri zone:1. površinska (disperziona),2. srednja (blokovska),3. donja (pukotinska-linijska). Disperziona zona se odlikuje prisustvom disperzionih, sitnih, čestica koje su

nastale raspadanjem matične stene. Kvazihomogena je u pogledu fizičkih, mehaničkih i filtracionih svojstvava. Pogoduje procesima spiranja, jaružanja, klizanja itd.

Blokovsku zonu čine blokovi stene koji su procesom raspadanja zahvaćeni po površinama blokova, ili taj proces napreduje od površina ka unutrašnjosti. Ova zona je složene gradje, jer u njoj još uvek traju procesi fizičko-hemijskih promena. Fziička i mehanička svojstva stene u ovoj zoni variraju u vrlo širokim rasponima. Predstavalja povoljnu sredinu za razvoj procesa erozije, abrazije, osipanja, pa i kliženja. Pri temeljenju objekata, sa većim specifičnim opterećenjem, najčešće se površinski deo zone uklanja, a dublji delovi veštački poboljšavaju, ako je to potrebno.

Pukotinska zona može biti vrlo različita, u zavisnosti od vrste matične stene, intenziteta i karakteristika ispucalosti, količine, pravca i brzine kretanja podzemnih voda. U području većih pukotina i tektonskih razloma može dosezati do znatne dubine.

U glinama i laprorima proces površinskog raspadanja je po mnogo čemu sepcifičan. Normalno konsolidovane gline i lapori, izloženi površinskim uticajima, trpe pretežno hemijske izmene. Prekonsolidovane gline i lapori, uz hemijsko, trpe i fizičko raspadanje. Dnevno i sezonsko kolebanje temperature i vlažnosti dovodi do pucanja glina i lapora i produbljivanja procesa raspadanja.

U blokovskoj zoni kore raspadanja lapora, u području Beograda, D. Božinović je predložila podelu na sledeće podzone:

Zona krupnih blokova karakteriše se retkim, vrlo uskim ili stisnutim pukotinama zapunjenim vodom ili kristalima gipsa. Pukotine su glatkih zidova, sa tragovima smicanja. Javljaju se uglavnom tri familije subvertikalih pukotina. To je izrazito heterogena i anizotropna sredina.

Zona sitnih blokova karakteriše se po tome što je stenska masa izdeljena u monolite cm-dm dimenzija, potpuno je hemijski izmenjan. Pukotine su gušće, kraće, glatke i sa tragovima smicanja. U pogledu deformabilnosti je kvazihomogena i naizotropna sredina, a u pogledu čvrstoće na smicanje heterogena i anizotropna.

Zona mrvičaste izdeljenosti je prepoznatljiva po tome što je u njoj stenska masa izdeljena u monolite mm-cm dimenzija. Pukotine su brojne, kratke, glatkih zidova i mahom stisnute. Ova zona predstavlja hidrogeološki kolektor. Celokupna masa lapora je hemijski izmenjena. U pogledu deformabilnih, otpornih i filtracionih svojstava približno je homogena i izotropna sredina.

Karakterističan shematski presek kore površinskog raspadanja panonskih, prekonsolidovanih, glina i lapora u području Beograda prikazan je na slici br.9.2. Granice izmedju pojedinih podzona, često i izmedju zona i neizmenjenih stena u podlozi, su postupne.

Procesi površinskog raspadanja u laprovito-glinovitim stenskim masama dovode do promena: hemijskog sastava, ispucalosti, stanja podzemnih voda, fizičko-mehaničkih karakteristika i stanja napona. Površinsko raspadanje ovih stenskih masa je preduslov i

175

uzrok nastanka brojnih klizišta u neogenim sedimentima. U širem području Beograda je registrovano više od 2000 klizišta, koja su obrazovana u kori raspadanja.

Sl9.2. Shematski presek kore površinskog raspadanja glinovitih gornjemiocenskih lapora u području Terazija-Beograd, po D.Božinović

Analizom rezultata istraživanja panonskih lapora sa područja Terazija u Beogradu, uočava se povećanje plastičnosti i koloidne aktivnosti, a smnjenje zapreminskih težina i jednoaksijalne čvrstoće u zoni raspadanja u odnosu na sveže sive lapore (Božinović D.).

Stepen raspadnutosti stenskih masa

Stepen raspadnutosti stene je parametar kojim se odredjuje stepen izmena u odnosu na svežu stenu. Za to je potrebno izvesti odredjena ispitivanja na svežim uzorcima, na potpuno izmenjenim i na delimično izmenjenim. Svojstva stena koja se ispituju su: čvrstoća; težine; poroznost; brzine kretanja talasa (na uzorku, ili in situ); mehanička svojstva. Za ocenu stepena raspadnutosti (vr) predloženi su brojni izrazi, a po predlogu G.S.Zolotarev-a isti je:

aGhG0GhG

rV−

−=

0 < Vr < 1 Gde su:

Gh, G0, Ga - pokazatelji svojstva stene (čvrstoća, zapreminska težina, poroznost i dr.),Gh - za svežu stenu,G0 - za stenu čiji se stepen raspadnutosti ocenjuje i Ga - za potpuno raspadnutu stenu.

176

Prema raspadnutosti, isti autor je predložio da se stene klasifikuju na: jako raspadnute (vr =0,9-1); raspadnute (vr =0,7-0,9); srednje raspadnute (vr =0,3-0,7) i slabo raspadnute (vr =0-0,3).

Uticaj alteracija na fizičko-mehanička svojstva stena

Procesima površinskog raspadanja menjaju se mineralni i hemijski sastav, strukturno-tektsturna, fizičko-mehanička i dr. svojstva stena.

Hemijske analize lapora sa beogradskog područja, svežih i izmenjenih i odnos oksida Fe2O3/FeO , po P.Lokinu je sledeći:

- za sive (neizmenjene) lapore, po pravilu, Fe2O3/FeO < 1,00; - za žutomrke (izmenjene) lapore, 15,0<Fe2O3/FeO <32,0.

Pored promena u hemizmu, u kori raspadanja se povećava i ispucalost stenske mase. Pukotine po genezi mogu biti raznovrsne, neke postaju uočljivije a tektonskog su porekla, druge su nastale dejstvom egzogenih sila. Sa stanovišta karaktetrističnih svojstava stenskih masa u sklopu terena, najbitnije je da su one prisutne i da im se gustina menja po dubini. Naime, sa dubinom njihova gustina opada. Pukotine su često brojne, kratke, najčešće vertikalne i subvertikalne, sa dubinom postaju duže, sa većim padnim uglom i udaljenije jedna od druge-redje.

Površinsko raspadanje dovodi do promene većine fizičkih i mehaničkih svojstava stena (Tablica br.9.2.). Rezultati ispitivanja nekih fizičko-mehaničkih svojstava u cilju ocene upotrebljivosti granita kao agregata za beton (prema Britanskom standardu Irfan T.Y. i Dearman W.R. prikazani su u tablici br.8.4.

Tablica br.9.2.: Piroksenski andeziti - Srednje SlovenskoSTEPEN

RASPADNUTOSTIZapreinska

Težina (kN/m3)

Poroznost (n) (%)

Prirodna vlažnost (w) (%)

Jednoaksijalnačvrstoća (MN/m2)

Neraspadnuti 26,5-27 0,4-3 0,2-1 45-90Slabo raspadnuti 25,0-26,5 3-6 1,0-2,5 30-45Srednje raspadnuti 23,0-25,0 6-12 2,5-5,0 20-30Intenzivno raspadnuti 20,0-23,0 12-24 5-10 -Potpuno raspadnuti 15,0-20,0 24-45 10-30 -

177

Tablica br.9.3.: Fizičko-mehanička svojstva različito zlterisanih granita;a - jednoaksijalna čvrstoća na pritisak; b - zapreminska težina; w - vlažnost uzorka; g - otpornost ivica na udar; d - otpornost ivica na udar mofifkovana; i - habanje agregata; j - otpornost na dejstvo MgSO4; k - pristustvo sekundarnih minerala.

OPIS STEPENA RASPADNUTOSTI

Granita

VAŽNIJE KARAKTERISTIKE a b w g d i j k (MPa) kN/m2 % % % % % %

I Svež 262 26,1 6,11 6 7 3,5 0,05 6II 90% uzorka ima izmenjenu boju

232163

26,225,8

0.351,09

8 10 4,7 0,08 10

Granica kvalitetnog granita za eksploatacijuII* Potpuna izmena boje

105 25,6 1,52 14 16 8,0 0,23 12

III-IV Oslabljen, sa čvrstim jezgrom

4626

25,524,4

1,974,13

24 49 17,1 33,40

17

V Slabo vezan granitski grup

5 22,4 10

Hidrotermalne izmene stena nastaju delovanjem toplih vodenih rastvora (hidrotermalni rastvori) pri temperaturama od 100-5000C. Rastvori nemaju nikakvih genetskih veza sa stenskom masom na koju vrše uticaj. Karakteristični primeri hidrotermalnih izmena utvrdjeni su u oblastima intruzivne i efuzivne magmatske aktivnosti. Do koncentracije hidrotermalnih rastvora, dolazi u kasnijim fazama magmatske aktivnosti.

Strujanjem hidrotermalnih rastvora duž većih diskontinuiteta (rasedne zone, rasedi veće pukotine, kaverne, kontakti različitih stenskih masa) vrše se intenzivne izmene stenskih masa. Kretanje rastvora kroz mineralne agregate, ili difuzijom kroz kristale, je značajno otežano te i hidrotermalne izmene stena u tom slučaju mogu biti ograničene. Bitna karakteristika hidrotermalnih alteracija je da se njima vrši zamena postojećih, odnosno uvodjenje novih u postojeće stene.

Tokom cirkulacije hidrotermalnih rastvora duž diskontinuiteta, osim izmene njihovog sastava, dolazi do promene pritiska i temperature rastvora, pa i promene u stenskoj masi pokazuju zonalan raspored. Skoncentrisane su uglavnom oko puteva kojim su se rastvori kretali, pa se na istoj lokaciji sreću vrlo različiti efekti dejstva toplih rastvora.

Hidrotermalnim izmenama najpodložniji su krečnjaci, a najmanje podložni su peščari i škriljci.

Sve hidrotermalne alteracije mogu se podeliti u tri sledeće grupe: - alteracije kojim se poboljšavaju fizičko-mehanička svojstva (silifikacija), - alteracije koje ne utiču bitno na fizičko-mehanička sojstva (piritizacija) i - alteracije kojima se bitno smanjuju fizičko-mehanička sojstva (kaolinizacija, sericitizacija, hloritizacija itd ),

Silifikacija je obogaćenje stene silicijom (u obliku kvarca ili kalcedona). U neposrednoj blizini dotoka toplih rastvora stena može biti pretvorena u gotovo čist kvarc. Silifikacijom stenskih masa povećavaju se vrednosti karakteristika njihovih fizičko-mehaničkih svojsatva.

178

Piritizacija predstavlja proces nastanka pirita u steni. Može da zahvati dosta široke prostore, da se tako dobiju ležišta korisnih sirovina. Pirit može biti u obliku zrnaca, žica, skrama. Ne utiču bitno na fizičko-mehanička svojstva stena.

Kaolinitizacija je proces hidrotermalne izmene stena u agregate minerala glina. Većina minerala, tako i stena, je podložna kaolinitizaciji. Proces bitno menja fizičko-mehanička svojstva, dovodeći do velikog smanjenja čvrstoće na pritisak i otpornosti na smicanje.

Sericitizacija predstavlja proces hidrotermalnih izmena stena pri kome se vrši obogaćenje sericitom. Sericitizaciji su naročito podložni kristalasti škriljci (srpsko-makedonski kristalin).

Hloritizacijom se aluminijumski i feromagnezijski minerali (pirokseni, hornblenda i biotit ) transformišu u meke agregate finozrnog zelenkastog hlorita.

Propilitizacija zahvata obično vulkanske stene, pri čemu stene dobijaju zelenkast izgled zbog prisustva hlorita, epidota, minerala glina i karbonata.

Sosiritizacija je proces delimične ili potpune alteracije primarnih mineala, posebno kalijskih plagioklasa. Hemijskim izmenama nastaju epidot, karbonati, natrijski plagioklasi. Stena zahvaćena sosiritizacijom zadobija sekundarnu strukturu sa izgledom i svojstvima kompaktnog dobro litifikovanog glinca, obično intenzivno ispucalog.

Dolomitizacijom stena dolazi do zamene kalcita dolomitom. Može biti hidrotermalni i niskotemperaturni sedimentni proces.

179

180

10. EGZOGENI GEOLOŠKI PROCESI U TERENU

Egzogeni geološki procesi se dogadjaju u plitkom delu terena pod dejstvom egzogenih-spoljašnjih sila. U nekim slučajevima ti procesi mogu biti izazvani, ili potpomognuti, delovanjem čoveka. Svi egzogeni procesi se mogu svrstati u nekoliko grupa, shodno agensima koji su uticali na njihovo obrazovanje:

- eroziono razaranje stena; - padinski procesi; - sufoziono rastvaranje i ispiranje; - procesi koji nastaju neodgovarajućim ljudskim aktivnostima. Oblast inženjerske geologije u kojoj se proučavaju savremeni egzogeni geološki

procesi, kao i uticaji tih procesa i pojava na uslove gradjenja i eksploatacije objekta, naziva se inženjerska geodinamika.

Savremeni geološki procesi se detaljno ispitivanja. Nema značajnijeg gradjevinskog objekta za koji se, pored preciziranja geotehničkih uslova medjusobnog sadejstva objekta i terena, ne vrše ispitivanja i u pogledu uslova i mogućnosti zaštite ili aktiviranja nekog geološkog procesa. Nekada je glavni predmet istraživanja i sanacije, upravo, preciziranje: geneze egzogenog procesa; dimenzija tvorevina procesa; zaštite od štetnog dejstva. Za razliku od delovanja endogenih procesa, štetna delovanja savremenih geoloških procesa mogu se sprečiti, ili sanirati, nekim inženjerskim merama. Mere su brojne, raznovrsne, njihov izbor najviše zavisi od kvaliteta izvedenih ispitivanja i istraživanja. Sanacione mere moraju proizilaziti iz rezultata ispitivanja, treba da su kvalitetno projektovane i izvedene, njima treba da su u celini rešeni postavljeni ciljevi i zadaci.

10.1. Erozija

To je proces kojim se vrši eroziono razaranje i odnošenje stena u površinskom delu terena. Uslovi za takvo delovanje se stiču kad postoji dovoljna količina voda i brzina njenog toka. Eroziono dejstvo ispoljavaju kako obilne površinske padavinske vode, takodje vode reka, mora, jezera. Zavisno od toga koja voda je u pitanju, različiti su nazivi za

181

eroziju: površinsko spiranje i jaružanje, fluvijalna-rečna erozija, abrazija-dejstvo morskih talasa i dr.

Denudacija, ili spiranje, je proces kojim se usled dejstva padavinskih voda vrši odnošenje sitnih delića stenske mase, iz viših područja u niža. Dejstvo je intenzivnije ukoliko se eroduju meke stene, ili stene koje su površinskim raspadanjem i drugim vidovima alteracija dovoljno usitnjene i omekšane, da mogu biti odnošene niz padinu. Takodje, proces je intenzivniji pri obilnijim padavinskim vodama, tj. pri jakim i dugotrajnim pljuskovima, pri povećanoj brzini kretanja. Intenzitet odnošenja se smanjuje ako je teren obrastao vegetacijom, ako nije obradjen za poljoprivredne namene.

Jaružanje je proces linijskog spiranja i odnošenja stenske mase, tako da se kao posledica toga stvaraju žljebovi, jaruge i potoci. Žljebovi i jaruge su obično u najvećem delu godine suvi, samo su delimično, ili u celini kad su plitki, zapunjene vodom bujičnog karaktera. Dubina žljebova je do 2m, jaruga 2-20, a potoka preko 20 m.

Bujična erozija se odvija u svim vrstama stena. Proces je brži i lakši u poluvezanim i nevezanim stenama, bez obzira na njihovo genetsko poreklo (sedimentna stena, kora intenzivno raspadnutih svih vrsta stena), a sporiji ili potpuno izostaje u čvrstim neizmenjenim stenama.

Proces se relativno lako zaustavlja, ili sprečava njegovo napredovanje, pošumljavanjem područja, regulisanim slivanjem površinskih voda, eventualno izgradnjom odgovarajućih pregrada i zaštitom usečenih kosina. Problemi mogu biti mnogostruko uvećani kada tako usečeni prirodni erozioni oblici izazovu aktiviranje drugih padinskih procesa, npr. klizišta. Takve pojave su česte u prirodi, a značajno otežavaju i usložnjavaju uslove saniranja padine.

Bujični tokovi se odlikuju velikom brzinom kretanja vodene mase u kojoj su sitni i krupni odlomci stena, drveće i drugi vučeni materijal. Isti može da ima rušilačko dejstvo. Kada prenosna moć prestane, obično u zaravnjenom području u podnožju padine, nastupa odlaganje takvog heterogenog materijala. Taj odloženi materijal bujične lepeze, je slabo konsolidovan, nesortiran, malih vrednosti parametara otpornosti na smicanje.

Rečna (fluvijalna) erozija je proces kojim se vrši erozioni rad vode u rekama. Tim procesom se produbljuje rečni tok, ako za to postoje uslovi, ili se vrši rušilačko dejstvo na obalne linije. To se dešava posle obilnih padavina, u uslovima visokog vodostaja reka. Kada padavine izostaju u dužem periodu, tj. kad su ostvareni uslovi niskog vodostaja reke tada nema erozionog rada, već se vrše eventualno mala pomeranja najsitnijeg odloženog taloga.

Intenzitet rečne erozije zavisi od: geološkog sastava terena (litogenetskih vrsta stena i tektonike područja), nagiba korita, količina tekuće vode, materijala koji voda vuče. Fluvijalna erozija je utoliko jača ukoliko je nagib korita strmiji, količina vode veća, i ukoliko je više vučenog naročito krupnog materijala.

Erozioni rad rečne vode se završava na ušću reka u mora. Mora su opšta eroziona baza rečne rerozije.

Kretanja vodene mase i materijala koji je u njoj su po pravilu krivolinijski tako da se na jednoj obalskoj liniji vrši erodovanje, a na drugoj gde oslabi prenosna moć taloženje vučenog materijala. Taj proces nije jednoznačno odredjen samo putanjom kretanja vodene mase, već zavisi i od količine vode koja se kreće, nagiba dna korita, krupnoće materijala koji vuče, veštačkih pregrada-brana koje su izgradjene na reci dr. Kada vodena masa u reci dospe u ravničarska područja značajno opada njena eroziona moć, takodje i moć transporta

182

Sl.10.2. Obala mora sa abrazionim tvorevinama 1-klif; 2-talasna podkapina; 3-pribrežna terasa

vučenog materijala, često nastupa krivudanje reke, mogu se formirati meandri i mrtvaje, nagomilanja peska-ade, delte.

Najznačajniji akumulacioni oblici reka su rečne terase. Formiraju zaravnjena područja uz reke, obično su peskovito-šjunkovitog sastava, što se ocenjuje kao povoljno za urbanizaciju. To su područja koja se pri maksimalnom vodostaju reka ne plave. Rečne terase mogu biti poziciono uz aluvijalne ravni, a u redjim slučajevima sačuvane su i na višim delovima padine (npr. na padini Drine u širem području Bajine Bašte na visini oko 300 m visočijem od sadašnjeg korita reke). Za razliku od njih aluvijalne ravni su područja uz vodotok, uža ili šira, koja mogu biti plavljena. To im je nepovoljnost koja iziskuje odredjene mere zaštite. Druga važna konstatacija, koja proističe iz genetskog porekla, je u tome da u tim mladim terenima mogu postojati velika sočiva muljevitog sastava i drugih slabo konsolidovanih materijala.

Sl.10.1. Fluvijalni oblici: a) meandar,mrtvaja; b) terasa, aluvijalna ravan

Abrazija predstavlja proces kojim morski i jezerski talasi vrše erozione dejstvo na stenske mase. Tako degradiran materijal se taloži i nastaju sedimentacioni oblici.

Abraziono dejstvo mora se odvija tako što veliki talasi udaraju u stenske mase priobalnog područja. Time se otkidaju i ruše manji ili veći blokovi, zavisno od jačine talasa, odnosno njihove visine, dužine i brzine kretanja, te vrste i stanja stenskih masa u obalama. Osim mehaničkog dejstva udarom talasa, u poroznim stenskim masama talasi deluju i pneumatski zbijanjem vazduha u šupljinama, čime izazivaju prskanje i odvaljivanje

blokova i njihovo stropoštavanje. Na intenzitet razvoja procesa

abrazije osnovni uticaj imaju snaga talasa i mehanička otpornost stenskih masa. U terenima izgradjenim od stenskih masa sa različitom mehaničkom otpornošću razvija se selektivna abrazija. Ona se obrazuje na taj način što se u zonama sa mehanički

183

manje otpornim stenskim masama formiraju zalivi, a u zonama sa mehanički otpornijim stenskim masama rtovi i poluostrva.

184

Na strmim obalama u zoni dejstva talasa stvaraju se u stenskim masama udubljenja-talasne potkapine. Rušenjem stenskih masa usled gubljenja oslonca iznad talasnih podkapina stvaraju se strme obale-klifovi.

Zaštita obala od obrazije je izvodljiva, ali nije jednostavna. Svim rešenjima teži se tome da se ublaži snaga dejstva talasa, tako što će se oni oslabiti. To se postiže: talasolomima u vidu podvodnih betonskih ili kamenih blokova u priobalnom području, odbojnim zidovima i dr.

Lednička erozija predstavlja rad leda na stvaranju erozionih ledničkih oblika. Danas se dogadja samo u visokim planinama i za razliku od ledenih doba znatno su manjeg obima. Stare ledničke ili glacijalne (lat. glacies=led) tvorevine imaju veći značaj od ledničkih oblika koji se sada stvaraju. Uprkos činjenici da se lednici kreću veoma sporo (nekoliko cm-m na dan) oni vrše ogroman rad, kojim se stvaraju raznovrsni erozioni i akumulacioni lednički oblici reljefa. Pri svom kretanju lednici odlamaju velike količine stenskih masa od svoje podloge i uklapaju ih u masu lednika. Sav taj kameni materijal koji lednici nose u svom telu, ili pri dnu, naziva se morenski materijal, a kada se istaloži nastaju morene.

Najvažnija odlika morena je da ih izgradjuju fragmenti izrazito promenljive veličine, krupni i sitni. Nepravilno su izmešani, zavisno od toga da li su otkinuti po dnu lednika ili njegovom obodu, od toga da li su dospeli u centralni deo ledničke mase. Pojedini fragmenti mogu biti uobljavani, zavisno od uslova transporta, dužine puta kretanja, uslova kojima su bili izloženi posle otapanja lednika.

Eolska erozija nastaje radom vetra, a sastoji se u izduvanju, prenošenju i odlaganju čestica prašine i peska, ponekad i sitnog šljunka. Eolska erozija je najizrazitija je u suvim pustinjskih predelima bez vegetacije, odnosno tamo gde skoro nema nikakvih atmosferskih taloga i gde je rastresiti materijal lako pokretljiv. U takvim predelima vlažnost je izvanredno mala, a isparavanja vrlo velika, zbog intenzivnog dnevnog zagrevanja površine terena sunčevim zračenjem.

U pustinjskim terenima materijal stvoren raspadanjem stenskih masa usled dejstva insolacije, biva nošen vetrom i na velike udaljenosti, što zavisi od brzine vetra i usitnjenosti čestica. Eolska erozija zavisi od više faktora kao što su: jačina vetra, dužina i pravac duvanja vetra, krupnoća i oblik zrna, mirkoreljef, biološka ogoljenost površine terena.

Odloženi-nataloženi, pretežno peskoviti materijal, eolske erozije čini karaktristične mesečaste oblike koje se nazivaju dine. Osim njih u pustinjskim predelima markantni su i drugi oblici. Nekada su to kamenite pustinje koje se nazivaju hamade ili usečene doline skoro vertikalnih strana koje podsećaju na prave klisuraste oblike. Svi ti karakteristični oblici su nastali u specifičnim pustinjskim klimatskim oblastima, gde stotinama kilometara su vidljivi samo peskovita područja, kamenita uzvišenja i poneko drvenasto rastinje. Zbog siline duvanja vetra lako je naći, u kamenitim područjima, blokove čvrstovezanih stena koje su šupljikave kao sundjer.

Osim eolske erozije u sada aktivnim pustinjama, u našim područjima je u relativno bliskoj prošlosti došlo do nataloživanja značjnih količina lesa, koji je tipska eolska tvorevina. Les je detaljno opisan u poglavlju koje se odnosi na stene. Izgradjuje površinski deo terena, na velikim zaravnjenim područjima-lesnim zaravnima, prevojna područja izmedju potoka na Fruškoj Gori i dr. Njegova debljina kod nas je do 40 m, u Kini do 400m.

185

10.2. Hemijska i mehanička sufozija

Hemijska sufozija predstavlja vid hemijskog rastvaranja stenskih masa. Mehanička sufozija predstavlja proces i pojavu iznošenja sitnih čestica mineralne materije iz stenske mase, pri prekoračenju kritične brzine kretanja vode.

Najrasprostranjeniji vid hemijske sufozije je karstna sufozija. Dešava se u krečnjacima, dolomitima, kredi, gipsu, halitu. Markantni i česti su oblici karstne erozije nastali u krečnjačko-dolomitskim stenskima masama, redje u ostalim. Razlog zašto je to tako, a ne dogadaja se u lakše rastvorljivim mineralima i stenama (hloridima i sulfatima) je u činjenici da se karbonatne stene više razlomno deformišu, a sulfatno-hloridne se ponašaju plastično. Duž pukotina i drugih lomova omogućeno je filtraciono proticanje i kretanje vode koja vrši rastvaračko dejstvo. U plastično deformisanim stenama pukotine su stisnute, bez zeva i bez mogućnosti kretanja vode, pa time nema ni sufozionog delovanja.

Naziv karst ili kras, potiče od imena oblasti izmedju Sežane i Trsta, u kojoj su karstne pojave vrlo izrazite. Isti naziv koristi se i u svetu.

Karstnom erozijom nastaju karkteristični oblici na površini terena i u podzemlju. Morfološki oblici površinskog karsta su: škrape, vrtače, uvale i karstna polja, a dubinskog karsta: karstni kanali, ponori, jame i pećine.

Škrape su uske i obično medjusobno paralelne brazde-žljebovi, obrazovane karstnom erozijom, po nepošumljenim padinama karstnih terena. Širina i dubina im iznosi od nekoliko cm do nekoliko dm, dok im dužina može iznositi i po više metara.

Vrtače su tanjirasta, levkasta ili zdelasta udubljenja čija je širina dva i više puta veće od dubine. Stvorene su karstnom erozijom u stenama podložnim karstifikaciji. Oblik i dimenzije vrtača dosta zavise od vrste stenskih masa u kojima su stvorene. Ukoliko su vrtače česte, te je teren jako neravan, takav karst se naziva boginjavi karst.

Uvale su veće i izdužene depresije u karstnim terenima, stvorene spajanjem više vrtača. Obrazuju se po terenima starijeg karsta, kao posledica rastvaračkog dejstva vode koja vremenom razori prečage i glavice izmedju susednih vrtača.

Karstna polja su najveće depresije karstnih terena. Po obliku su zatvorena udubljenja izduženog oblika. Dužina im iznosi do 50 km, a širina od nekoliko stotina metara do 15 km. Strane karstnih polja su obično strme i krševite, a dna zaravnjena i sa malim nagibom.

Karstna polja su nastala na nekoliko načina. Smatra se da su neka od njih stvorena samo spajanjem više medjusobno bliskih uvala. Inače, u većini slučajeva ona su predisponirana tektonskim pokretima, pa se kod njih mogu uočiti obodni rasedi, duž kojih je došlo do spuštanja terena i stvaranja potolina i rovova. Kasnijim delovanjem karstne i fluvijalne erozije polja su dobila današnji izgled.

Po obodu pojedinih karstnih polja javljaju se izvori, ali nekada i jača karstna vrela, a po dnu ili nižem obodu jame i ponori. U nekima od njih dolazi povremeno i do periodičnog plavljenja, usled toga što jame i ponori ne mogu da prime svu vodu koja izvire po gornjem obodu polja i onu koja se u njih sliva za vreme kišne sezone. U zavisnosti od hidroloških svojstava karstna polja mogu da budu: suva, periodično plavljena i stalno plavljena.

Karstni kanali su cevasto i crevasto izdužene šupljine u skaršćenim stenskim masama, nastale dejstvom karstne erozije, odnosno proširivanjem prslina i pukotina. Nejednake su širine, od nekoliko cm do više dm, sa lokalnim proširenjima i suženjima, kao i lokalnim grananjem.

186

Ponori su zjapeće pukotine u skaršćenim stenskim masama u koje poniru površinske vode. Obično se nalaze pri dnu karstnih polja i uvala, redje vrtača.

Jame su pretežno vertikalne, karstnom erozijom proširene pukotine u skaršćenim stenskim masama. Mogu biti različitog oblika, sa lokalnim proširenjima i suženjima, mogu biti duboke i po nekoliko stotina metara.

Pećine su relativno veliki prazni podzemni prostori u skaršćenim stenskim masama, kroz koje ponekad teku manji vodeni tokovi, pa čak i reke. Nastale su hemijskim radom podzemnih voda, odnosno rastvaranjem krečnjaka i drugih sličnih stena i proširivanjem prvobitnih pukotina i užih kanala. Dužina pećina može biti do 10 i više kilometara (Postojnska jama u Sloveniji je dugačka 16,4 km).

Izlučivanjem kalcijum-karbonata, u pećinama se stvara pećinski nakit. To su manji ili veći karstni oblici koji sa tavanica pećina vise prema podu (stalaktiti), ili sa podova dvorana rastu prema tavanici (stalagmiti).

Mehanička sufozija predstavlja proces iznošenja sitnih čestica tla pod dejstvom filtracionog toka vode. Time se menja struktura sedimenata (prostorni raspored zrna u sedimentu). Po svojoj prirodi kretanje čestica tokom mehaničke sufozije je promenljivo. Čestice se povremeno nalaze u stanju mirovanja, povremeno su u procesu premeštanja. U stanju mirovanja može se smatrati da je čestica sastavni deo sveukupnog mineralnog sastava. Prilikom kretanja ona to nije, odnosno ona se pomera izmedju nepomerljivih mineralnih fragmenata. Proces tako traje sve dok sitne čestice ne budu isprane. Razvoj procesa je obnovljiv. Naime, može se desiti da se prvo premeštaju čestice jedne granulacije, a kada njih više nema da, u novostvorenim uslovima, započnu da se pomeraju sledeće po veličini.

Kritična brzina kretanja podzemne vode, pri kojoj nastupa mehanička sufozija je:po Zihardu

15

Kkr

v =gde je koeficijent filtracije K izražen u m/s

po Abramovu365 Kvkr =

pri čemu je koeficijent filtracije izražen u m/dan.

U peskovitim sedimentima zrna skeleta se samo dodiruju. Zbog toga su uslovi za nastanak mehaničke sufozije povoljniji.

U prašinastim i glinovitim sedimentima makro porozne strukture, kao što su les, lesna ilovača i gline mrvičaste strukture, uslovi za filtraciono razaranje su manje povoljni. Na to utiče sila kohezije kojom čestice skeleta prianjaju jedna za drugu. U takvim sedimentima proces mehaničke sufozije počinje narušavanjem kohezije. Dalje nastupa postepeno proširivanje pora i prslina, ako one postoje, uz povećanje brzine filtracije do one koja je jednaka kritičnoj ili je veća od nje. Tek pri dostizanju tih povećanih brzina filtracije stvaraju se uslovi za iznošenje sitnih čestica iz skeleta sedimenata u sve većem obimu, a zatim i za iznošenje sve krupnijih čestica.

Proces sufozije se odvija u priobalnim delovima reka, jezera, mora, oko kanala, u područjima gde se intenzivne padavinske vode, ili vode iz havarisanih cevovoda, kreću do izdani. Kretanje i iznošenje čestica može se vršiti u različitim pravcima. Smer kretanja

187

poklapa se sa smerom filtracionog toka. U tom pogledu Cims (Ziems) izdvaja unutrašnju, spoljašnju i kontaktnu sufoziju. Kod unutrašnje sufozije kretanje čestica se vrši naniže u stensku masu, kod spoljašnje sufozije kretanje čestica je naviše ka površini terena. Te dve vrste sufozije obično su vezane za pripovršinske delove terena. Kontaktna sufozija se javlja obično na granici sedimenata sa različitim filtracionim svojstvima. Ovaj vid mehaničke sufozije može nastati čak i u znatnim dubinama, ako su ispunjeni uslovi za to.

Sl.10.3. Shema sufozionog formiranja kaverne ispod nasipa, po K.Rezničeku

Procesom sufozije mogu nastupiti mnoge nepovoljne posledice kao npr.: sleganja terena i obrazovanje levkastih ulegnuća na površini; sleganja terena mogu izazvati dodatna sleganja objekata npr. vodovodnih i kanalizacionih cevi; ispiranja odredjenih frakcija u nasipima (odbrambeni od poplava, nasipi kao podloga za objekte svih vrsta) i u tlu ispod njih što može ugroziti funkcionalnost nasipa; može doći do pogoršanja stabilnosti delova padine i dr.

Zaštita od procesa mehaničke sufozije se svodi na to da se smanje brzine filtracije toka podzemnih voda. To se može postići različitim merama.

10.3. Kliženje stenskih masa

Kliženje je proces pri kome izvesna količina stenskih masa kliza po kliznoj površini, iz hipsometrijski viših u niža područja, pod dejstvom sile gravirtacije. Kada se razmatrani proces dešava pod dejstvom prirodnih činilaca, bez uticaja čovekovih delatnosti, tada se on svrstava u tzv. geološke procese. Vrlo često, njemu potpomažu i odredjene čovekove aktivnosti, pa se tada radi o inženjerskogeološkom procesu. Tvorevina procesa klizanja je klizište. Generalno posmatrano za svako dobro istraženo klizište treba da je

188

precizirano: geometrijski elementi; parametri smičuće čvrstoće duž klizne ravni; uzroci aktiviranja procesa klizanja.

Kod nas, a takodje i u medjunarodnoj stručnoj i naučnoj javnosti, postoje tačno odredjeni nazivi i definicije pojedinih elemenata klizišta (Sl.10.4. ). Klizna ravan je površina po kojoj se klizanje dešava. Nekada je ona jedna tanka površina izmedju kretanog i stabilnog dela terena, a mnogo češće je to skup više površina smicanja koje grade zonu klizanja. Pokrenuta stenska masa čini telo klizišta. Podina klizišta, ili stabilni deo, je nekretani deo terena, koji se nalazi ispod tela klizišta. Površina klizišta je morfološka površina terena u zoni klizišta. Dubina klizišta je vertikalno rastojanje izmedju površine klizišta i klizne ravni. Kao što se se sa slike vidi dubina je promenljiva u različitim delovima klizišta. Početni deo klizišta, na hipsometrijski najvišem delu terena, je čeoni ožiljak klizišta. On je, po pravilu, jasno izražen u obliku zjapećih pukotina i često odredjenim skokom-denivelaciji izmedju kretanih i nekretanih stenskih masa. Najniži deo dokle je dospela-rasplinula se pomerana stenska masa je nožični deo klizišta.

Posmatrano u planu, svako klizište ima svoju dužinu, širinu i sekundarne ožiljke. Dužina klizišta se meri u pravcu kretanja klizišta, a njegova širina, po pravilu, u pravcu upravnom na pravac kretanja. Sekundarni ožiljci su ustvari počeci manjih-sekundarnih klizišta, koja se nalaze u glavnom, a manifestuju se najčešće u obliku zjapećih pukotina, sličnih glavnom ožiljku. Sekundarna klizišta ukazuju na postojanje više manjih klizišta, ili na parcijalna pomeranja glavnog klizišta.

Najveći broj klizišta nastaje na padinskim delovima područja prirodnim procesima. Vrlo često tome doprinose

neodgovarajuće ljudske aktivnosti: zasecanja padine, preopterećenje objektima ili ravnovrsnim drugim dopunskim opterećenjima, dopunsko nekontrolisano uvodjenja vode u teren i dr. Relativno mali broj klizišta nije formiran na padinskim delovima terena, a sva takva klizišta su po pravilu nastala neodgovarajućim aktivnostima na iskopima u terenu. Naime, svaki iskop sa prestrmim nagibima kosina iskopa, pod uslovom da kosine nisu zaštićene, može izazvati aktiviranje klizišta. U nekim specifičnim uslovima klizišta mogu nastati usled proloma dna iskopa, što se npr. desilo u zoni iskopa za kanal DTD u Potpornju.

U našoj zemlji registrovano je do sada više desetina hiljada klizišta. Najbrojnija su zapremine koja ih svrstava u mala i srednje velika, a pojedina su ogromna tj. zapremine i više miliona m3. Klizišta nanose velike materijalne štete zbog oštećenja raznovrsnih gradjevinskih objekata i zato što su radovi na njihovoj sanaciji skupi.

Klizanje terena je u ogrnomnoj većini slučajeva spor proces. To omogućava da se ljudi sklone na sigurna mesta, da se deo stvorenih pokretih dobara takodje premesti. Nekada i u tome ima iznenadjenja, kao npr. na klizištu Vajont, koje se 9. oktobra 1963. godine dogodilo u Italiji i to tako što su skliznuli glinci i laporci koji su izgradjivali deo

189

Sl.10.4. Osnovni elementi klizišta; 1-najdublja klizna površina; 2-plića klizna

površina; 3-ožiljak klizišta; 4-nožižni deo; 5-ispupčeni deo; 6-ulegnuće; 7-telo klizišta; 8-

podina klizišta; 9-zaledje

leve dolinske strane jezera. Klizna ravan je bila jedna od mnogobrojnih medjuslojnih površina. Skliznuta stenska masa je dospela u akumulaciono jezero brane Vajont i tako izazvala prelivni talas preko brane (brana je visoka 265,5 m, izgradjena je 1960.g. i ostala je neoštećena) od kojeg su opustošena područja u zoni dejstva poplavnog talasa. Pored materijalnih šteta bilo je i oko 3 000 ljudskih žrtava.

Svako klizište se odlikuje odredjenim specifičnostima što iziskuje primenu kompleksne metodologije istraživanja. To znači da se primenjuju različiti metodološki postupci, koji se medjusobno dopunjuju, a sve u cilju što bolje i preciznije istraženosti. U suprotnom, po pravilu izostaje uspešna sanacija klizišta, ili se ona izvodi neracionalno.

Morfološka svojstva klizišta

Klizišta se lako prepoznaju po svojim karakterističnim morfološkim oblicima na površini terena. Imaju jasno izražena ulegnuća-depresije i istrbušenja, koja daju klizištima izgled nepravilno zatalasane površine, sa generalnim padom niz padinu tj. u pravcu pomeranja stenske mase (Stabilna padina ima približno kontinualan nagib površine terena. Ako nagib podseća po obliku na onaj koji je karakterističan za klizišta to može biti posledica selektivne erozije.). Broj tih mikroreljefnih oblika zavisi od: vrste stenske mase u kojoj je klizište formirano; površine terena koju klizište zahvata i dubine klizišta; dinamike procesa klizanja glavnog-najdubljeg klizišta i njegovih sekundarnih delova; fizičko-mehaničkih karakteristika stenske mase koja gradi klizište; drugih karakteristika klizišta uključujući i to da li se pomeranje odvija translatorno, rotaciono ili kombinovano.

Skoro sva klizišta imaju veoma jasno izražen čeoni ožiljak. Takodje brojni su sekundarni ožiljci i često zjapeće-otvorene pukotine smicanja duž kojih je vršeno pomeranje stenske mase. Iznosi pomeranja po tim diskontinuitetima, kao i brojnost njihovih oblika, zavisi od: dimenzija klizišta, dubine klizišta, fizičko-mehaničkih karakteristika stenskih masa koje klizaju.

U ulegnućima klizišta vrlo često su formirana zabarenja ili voda izbija u obliku izvora i pištevina. U tim područjima, kao i u drugim delovima klizišta koja su izrazito bogata podzemnih vodama u najvećem delu godine, karakteristična je pojava niskog biljnog rastinja (zukva, podbel, rastavić). Usled klizanja stenskih masa, visoko rastinje-drveće je povijeno u različitim pravcima (tzv. pijano drveće).

Po pravilu, vidljive su posledice klizanja i na objektima: porušene kuće, pukotine na zidovima i drugim elementima zgrada, nakrivljeni objekti, pomereni celi objekti kada su na jednom bloku sa kojim se zajedno pomeraju; pukotine na asvaltu, krivljenja i pucanja železničkih šina, prekidi linijskih vodova; deformacije na potpornim zidovima i dr.

Morfologija klizne površine zavisi od prirodne sredine u kojoj je klizište formirano a najviše od: vrste stena od kojih je teren izgradjen; karakterističnih geoloških planara-površina koje imaju uticaja na proces formiranja klizišta (ravni slojevitosti, škriljavosti, pojedinačne pukotine ili njihove grupe; kontakti karakterističnih sredina kao npr. granica izmedju degradiranih-površinskim uticajima izmenjenih stenskih masa u kojima se klizište formira i njegove podine, odnosno neizmenjenih stenskih masa).

U relativno homogenim stenskim masama u litološkom pogledu, kao što su veštački nasipi, gline, peskovi, klizna ravan je kružnog oblika, pomeranje se odvija rotacijom stenske mase po njoj.

Velika većina klizišta ima kliznu ravan čiji su položaj i oblik uslovljeni nekom od karakteritičnih geoloških planara. Zbog toga klizna površina nije kružnog oblika, već je

190

nepravilna, a smicanje je translatorno (Sl.10.5.). U nekim slučajevima smicanje može biti kombinacija dva navedena oblika.

Sl.10.5. Karakteristični oblici kliznih površina; a) kružni; b) pravolinijski; c) nepravilan

Sva klizišta imaju, po pravilu ne samo jednu, već više površina po kojima se smicanje odvija. Sve su one klizne ravni, imaju izrazito glatke i smičuće površine, jasne strije u pravcu smicanja. U pojedinim područjima grupisano je više površina smicanja koje čine zone klizanja debljine nekoliko cm, nekada i više metara. Uobičajeno je da se najdublja klizna ravan naziva glavna

Hidrogeološka svojstva klizišta

Nastanak klizišta i dinamika klizanja uopšte, u direktnoj su vezi sa stanjem podzemnih voda. Najintenzivnija klizanja su, po pravilu, vezana za vremenske periode kada je najviše padavina, kada padavine dugo traju i kada su stenske mase intenzivno zasićene podzemnom vodom.

Podzemne vode u klizištu deluju višestrano negativno: - hidrostatičkom i hidrodinamičkom silom; - utiču na smanjnje otpornosti na smicanje duž kliznih površina; - sufozionim dejstvom iznose pojedine komponente; - cirkulacijom vode može biti uneta glinovita komponenta, ili u celu masu ili

samo duž karakterističnih površina .Radi preciznog definisanja uticaja podzemnih voda neophodno je znati

hidrogeološka svojstva terena kako u samom klizištu tako i u njegovom zaledju i podini. Upravo zbog toga što podzemne vode mogu u klizište doticati iz relativno velike udaljenosti, hidrogeološka svojstva terena se moraju istražiti na znatno većem području od onog koje je zahvaćeno klizanjem.

U peskovito-glinovitim stenskim masama koje su nastale kao produkt normalnog sedimentacionog cikluca, kao i u glinovito-peskovitoj kori raspadanja stenskih masa, podzemne vode, po pravilu, u periodima intenzivnog klizanja potpuno zapunjavaju pore i šupljine u stenskoj masi i praktično je NPV na površini terena. U periodima relativnog mirovanja klizišta različita je dubina do NPV što najviše zavisi od medjusobnih odnosa kolektorskih i izolatorskih sredina koje su klizanjem haotično rasporedjene u klizištu.

191

Klasifikacija klizišta

Prema vrsti stenskih masa u kojima se klizišta obrazuju mogu se klasifikovati na ona koja su nastala u poluvezanim i nevezanim stenama i na klizišta nastala u čvrstim stenama. Ovakva podela je dosta nepraktična iz razloga što se klizišta u čvrstim stenama formiraju retko, u specifičnim uslovima i okolnostima. Skoro da se po automatizmu podazumeva da se klizišta formiraju u glinovito peskovitim sredinama, ili u drobinsko blokovskim zaglinjenim sredinama.

Da bi došlo do formiranja kizišta u čvrstoj stenskoj masi mora biti zadovoljeno nekoliko osnovnih preduslova. Osnovi su da je za klizanje povoljan nagib i orijentacija površina po kojima dolazi do klizanja. Te površine su najčešće medjuslojne površine, rasedi, pukotine. Dodatni uslov je da su te površine takvih morfoloških karakteristika da se smicanje odvija samo duž njih, da ne dolazi do sloma i kroz čvrstu stensku masu koja ima veliku koheziju. Klizanju ovog tipa značajno potpomaže prisutna glinovita komponenta koja se nalazi duž tih površina nosioca klizanja. Ona po poreklu može biti singenetska, npr. u slojevitim krečnjacima gde se izmedju svakog sloja nalazi tanak film ili tanki proslojci glinovite komponente. Može ta glina biti uneta i postgenetski, naknadno, u medjuslojnu poroznost.

Velika većina klizišta nastaje u glinovito peskovitim stenama. U peskovima klizišta mogu nastati pri neodgovarajućem zasecanju padine, pri podlokavanju rečnim ili drugim vodotocima, pri uticaju dinamičkih sila, zemljotresnim aktivnostima. U tom pogledu povoljniji su slabo zbijeni peskovi nego zbijeni.

Naročito su klizanju podložne meke gline i lapori i raspadina svih drugih stena u kojoj ima dosta glinovite komponente. Gline prema genezi mogu biti: singenetske-sedimentne; transportovane-pretaložene; rezidualne-nastale na mestu raspadanja primarnih minerala, pretežno feldspata; glacijalne; periglacijalne; deluvijalne gline-nastale raspadanjem i delimičnim transportom niz padinu. Poznavanje genetskih uslova u kojima je glina nastala može dosta da olakša proces izučavanja klizišta, bolje odabiranje uzoraka za laboratorijska i druga ispitivanja, pravilniju ekstrapolaciju podataka ispitivanja sa uzoraka stene na stensku masu u sklopu terena.

Prema tome da li je klizna površina obrazovana u jednoj vrsti stene, ili je predisponirana nekom geološkom planarom, ili klizna ravan preseca više litoloških članova. F.P.Savarenski je predložio klasifikaciju klizišta na: asekventna, konsekventna i insekventna.

Asekventna kliziišta se obrazuju samo u jednoj vrsti stenske mase tako da im klizna površina ima oblik blizak kružno-cilindričnom. Da bi bila formirana klizna površina tako idealnog oblika, potrebno je da stenske mase u kojima klizište nastaje treba da su homogene i izotropne, što u realnim prirodnim uslovima ne postoji. Čak i u uslovima formiranja nasipa od materijala iz istog pozajmišta ne može se formirati idealno homogena i izotropna masa. Da bi se taj problem prevazišao u praksi, usvaja se da su u takvim slučajevima stenske mase kvazihomogene i kvaziizotropne, odnosno može se sa dovoljnom tačnošću usvojiti da je u njima oblik klizne ravni kružnog oblika. Takvi slučajevi su primenjivi za peskove, gline, lapore, ali sa potrebnim isticanjem da u njima nema vidljivih geoloških planarnih elemenata: ravni slojevitosti, tektonskih pukotina, u peskovima i glinama pliocene starosti čak i raseda. Ako takvih planara ima, samo izuzetno retko će se obrazovati klizna ravan kružnog oblika, a da pri tome neće doći do smicanja i duž tih predisponiranih pravaca.

192

Sl.10.6. Shematski prikaz tipova klizišta: a-asekventno, b-konsekventno, c-insekventno

Konsekventna klizišta se obrazuju tako da je klizanje nastupilo po nekoj geološki predisponiranoj-predodredjenoj ravni. Predisponirane ravni smicanja mogu biti:

- nagnuti slojevi iste stenske mase, ili kontakti izmedju različitih vrsta stena (gline, glinci, ugalj, krečnjak, peščar i dr.);

- nagnuta granica izmedju raspadnutih i neraspadnutih stenskih masa; - povoljno orijentisana jedna ili više pukotina, raseda i rasednih zona i dr.

Sl.10.7. Profil terena i klizišta na pregradnom profilu brane Vajont

Oblici kliznih površina, kod konsekventnih klizišta, su skoro u celini, ili u navjećem delu, saglasni obliku predisponiranih površina i kontakta karakterističnih sredina. Najčešće su njihove površine ravne ili blago zatalasane, glatke-smičuće, redja je kombinacija ravnih ili zatalasanih površina sa stepenastim delovima. Konsekventna klizišta su najbrojniji vid klizišta u prirodi.

Insekventna klizišta pripadaju tipu klizišta koja su formirana u više vrsta stenskih masa. Tipičan primer takvih klizišta su ona kod kojih klizna površina preseca npr. peskove, gline i lapore pliocenih sedimenata.

Po površini i zapremini klizišta se mogu klasifikovati u pet klasa (Tablica br.10. .). Neka su vrlo malih dimenzija, druga mogu biti izrazito velika. Takvo jedno ogromno

193

klizište je aktivirano u Peruanskim Andima, za vreme zemljotresa 1975.g. Njegova zapremina, po proceni, je oko 1,6 milijardi m3.

Tablica br.10.: Klasifikacija klizišta

U Jugoslaviji jedno od najvećih je klizište Jovac. Takodje velika su klizišta dunavskog tipa, koja su obrazovana na desnoj dolinskoj strani Dunava, skoro u kontinuitetu od Suseka do Smedereva. Kod klizišta koja zahvataju velika područja, kao npr. klizišta uz Dunav, treba razlikovati pojam nestabilnih padina od pojma pojedinačnih klizišta. Na tako velikom području razvijeno je više klizišta, a ne samo jedno. To znači da je pojam nestabilne padine širi od pojma klizišta i da na istoj padini može biti razvijen veliki broj klizišta. Ona se mogu neravnomerno pomerati, kao što su pokazali rezultati merenja pomeranja na sedam inklinometara na klizištu Most Slobode u Novom Sadu, gde veliko klizište čini više manjih, a pomeranja su u različitim pravcima, generalno posmatrano prema Dunavu. Klasifikacija klizišta prema dubini do klizne ravni je izuzetno značajna sa praktičnog stanovišta. Naime, kada su klizišta plitka, tada je laka i njegova sanacija i obrnuto. Prema dubini do klizne površine sva klizišta su podeljena na: površinska sa dubinom manjom od 1 m; plitka imaju dubinu klizanja je 1 - 5 m; duboka sa dubinom 5 - 20 m; i vrlo duboka kod kojih je dubina do klizne ravni veća od 20 m.

Primer vrlo dubokog klizišta kod nas je klizište u Zoni mosta Slobode u Novom Sadu. Dubina klizanja plićeg bloka je 26 m, a dubljeg 39m.

Uzroci nastanka klizišta

Mnogobrojni su uzroci aktiviranja procesa klizanja i nastanka klizišta. Vrlo teško je generalizovano reći koji uzrok, medju tim mnogobrojnim, je najvažniji. To što je manje uticajno na jednom klizištu, na nekom drugom može da bude od presudnog i najvećeg uticaja. Zato se svako konkretno klizište mora detaljno istraživati i ispitivati, strogo vodeći računa o raznovrsnim mogućim specifičnostima. Načelno posmatrano glavni uzroci klizanja su:

- površinsko raspadanje stenskih masa i obrazovanje kore raspadanja koja je podložna klizanju;

- uvećanje nagiba padine ili kosine (podsecanjem nožice padine, podlokavanjem vodotocima ili djestvom talasa;

- smanjenje čvrstoće smicanja u zoni klizne površine (povećanje vlažnosti, bubrenje, raspadanje, narušavanje primarne strukture i dr.);

- dejstvo pornih pritisaka, hidrostatičkih i hidrodinamičkih sila; - ispiranje pojedinih komponenti, ili obrnuto, unošenje glinovitih frakcija u

stensku masu; - izmena naponskog stanja na padini ili kosini;

KLASIFIKACIJA - OPIS KLIZIŠTA

POVRŠINA(m2)

ZAPREMINA(m3)

Vrlo malo < 100 < 100Malo 100 -1 000 100 -5 000Srednje veliko 1 000 -10 000 5 000 - 100 000Veliko 10 000 - 100 000 100 000 - 1 000 000Ogromno > 100 000 > 1 000 000

194

- spoljašnje opterećenje (deponovanje jalovine, preoterećenje gradjevinskim objektima i dr.);

- dejstvo dinamičkih sila (zemljotresi, miniranja, vibracije usled rada teških mašina i dr.).

Svaki od navedenih uticajnih činilaca, pojedinačno, može izazvati narušavanje stabilnosti padine i izazvati aktiviranje procesa klizanja. Ipak, najčešći uzroci klizanja stenskih masa nastaju kombinacijom nekoliko uticajnih činilaca.

Kada se utvrdi geometrija kliznog tela preostaje da se preciziraju svojstva i karakteristike stenskih masa u kliznoj ravni, ili zoni klizanja. U pom pogledu veoma važno je da se utrvrde vrednosti parametara otpornosni na smicanje, kao i razlozi smanjenja smičuće čvrstoće duž klizne ravni. Najčešće do toga dolazi usled: povećanja vlažnosti stenske mase, povećanja pornih pritisaka, bubrenja, raspadanja i dezintegracije uopšte, otapanja posle smrzavanja, narušavanja prirodne složenosti fragmenata i dr. Najosetljivije u pogledu izmena fizičko-mehaničkih svojstava usled promene vlažnosti su gline, lapori i njima srodne stene. Izmene su uzrokovane sposobnošću tih stena da upijaju vodu, time se povećava njihova zapreminska težina, a smanjuju vrednosti kohezije i trenja.

Mnogobrojna ispitivanja klizišta pokazala su da postoji vrlo jasna uzročno-posledična veza izmedju perioda pomeranja stenske mase po kliznoj površini i dugotrajnih natapanja klizišta atmosferskim padavinama ili drugim vodama (kiša, intenzivno otapanje snega, visok nivo podzemnih voda i mnogi drugi vidovi doticaja vode u telo klizišta). Kada se razmatra gubljenje čvrstoće stenske mase u zoni klizne ravni treba, svakako, zapaziti da su nekada dovoljne i vrlo male količine podzemne vode, a da se bitno smanji otpornost smicanja.

Sa stanovišta vremena u kome se smanjuju vrednosti parametara čvrstoće, veoma su značajna reološka svojstva stenskih masa i njihov uticaj na proces formiranja klizišta. Obično u glinama i njima srodnim stenama, u dugotrajnom vremenskom periodu povećavaju se plastične deformacije, pri konstantnom naprezanju. Takodje, dugotrajni opiti čvrstoće pokazuju znatno niže vrednosti pri lomu, nego kada su u pitanju brzi opiti. Ispitivanja u glinama i polučvrstim stenama, pokazala su da opadanje čvrstoće, pri dugotrajnom opitu, može iznositi i 70% u odnosu na čvrstoću pri brzom opitu i 10-50% u odnosu na lagani opit. Zbog svega navedenog veoma je značajno koliko dugo su stenske mase izložene delovanju vode koja u njih dospeva iz bilo kojih razloga.

Naponsko stanje u terenu je, takodje, promenljivo i uslovljeno je kako prirodnim procesima, isto tako i dopunskim opterećenjima. Pri usecanju reka u čvrstim i polučvrstim stenskim masama, bitno se menja naponsko stanje u terenu dolinskih strana. Time se stvaraju pukotine rasterećenja, koje su po pravilu paralelne površini terena. Nekada su pukotine rasterećenja paralelne sa slojevitošću, škriljavošću, litažom i drugim geološkim planarama, ili su samo jednim svojim delom paralelene sa njima. U svim tim slučajevima pukotine rasrerećenja su oslabljene površine i skoro uvek su nepovoljne orijentacije, tj. takve da one u kombinaciji sa drugim postojećim pukotinama i diskontinuitetima uopšte, doprinose povećanju alterisanosti stena i obrazovanju nestabilnosti.

U glinovito-peskovitim stenskim masama, izmene naponskog stanja su, takodje, značajne za nastanak klizišta, ali je njihov karakter nešto drugačiji. U njima nastaju pukotine smicanja i zatezanja i to duž površina gde dolazi do koncentracije napona i prekoračenja čvrstoće stena. U pojedinim slučajevima i mala dodatna opterećenja, time i promena naponskog stanja, utiče na aktiviranje procesa klizanja.

195

Vibraciona pomeranja, izazvana delovanjem zemljotresa, dinamičkim delovanjem moćnih mašina, miniranjem, automobilskim i železničkim transportom i dr. takodje mogu doprineti aktiviranju procesa klizanja, naročito u područjima gde su i pre delovanja tih dinamičkih sila stenske mase bile u labilnom stanju ravnoteže.

Uticaji seizmičke sile se uzimaju u obzir u seizimički aktivnim rejonima tako da je rezultantna sila težine Pg i seizimičke sile Ps:

2s

P2g

PP +=

Seizmička sila se može izračunati kao Ps=KcPg (G.M.Šahunjanc, 1953,1961.). Pravac dejstva seizmičke sile je obično u najnepovoljnijem pravcu, niz klizište, tako da je tgω=Ps/Pg .

Brzina pomeranja klizišta

Brzina kojom se klizište pomera je veoma važna njihova karakteristika. Kod malog broja klizišta kretanje se dogodi samo u jednom periodu, pokrenuta masa sklizne u zaravnjeni deo terena i nema mogućnosti za ponavljanje procesa klizanja. Medjutim, velika većina kliziša je takva da se klizanje ponavlja kada se zato steknu svi potrebni preduslovi. Obnavljanje procesa klizanja kod nekih klizišta može da traje izrazito dug vremenski period, da traje u geološki dugom vremenu. To znači da nema mogućnosti da se, u takvim slučajevima, proces sam od sebe zaustavi. Lep primer za takvo trajanje procesa klizanja su nestabilne padine na desnoj dolinskoj strani Dunava, skoro u kontinuitetu od Suseka do Smedereva. Razlog zašto je to tako leži u činjenici da postoje prirodni, geološki, preduslovi za stalno proširenje klizišta uz padinu, čime se stalno pridodaju nove količine stenske mase koja se uključuje u proces klizanja. Tome u značajnoj meri doprinosi uništavanje lesa, koji se nalazi po obodu klizišta, koji je na klizanje delovao stabilizirajuće.

Za pravilno definisanje pomeranja klizišta potebno je utvrditi pomeranja:

- najdubljeg klizišta; - sekundarnih klizišta, ako ona

sačinjavaju glavno; - pravilno procenjivati mogućnosti

obnavljanja procesa i proširenja na do tada nekretane delove.

U pogledu brzine pomeranja stenske mase Terzaghi (1950) razlikuje više faza. Kada su pomeranja vrlo lagana, manje od 3 cm za jednu godinu, a naponi smicanja su manji od sila otpora (Fs > 1), on preporučuje da se takav vid

pomeranja naziva puzanje. Brzina kojom se klizište pomera zavisi od mnogo faktora: morfologije i nagiba

padine ili kosine; vrste stenske mase u kojoj se klizište dogadja; fizičko-mehaničkih

Tablica br. . Brzina klizanjaOPISKLIZIŠTA

BRZINA

Izvanrednospora

< 0,06 m/god

Vrlo spora 0,06 - 1,5 m/godSpora 1,5 m/god - 1,5 m/mesecUmereno brza 1,5 m/mesec - 1,5 m/danBrza 1,5 m/dan - 0,3 m/minVrlo brza 0,3 m/min - 3 m/sIzvanrednobrza

> 3 m/s

196

karkteristika materija; geometrijskih elemenata klizišta. Nekada su pomeranja vrlo lagana, periodična, dugogodišnja i mala po iznosu (npr. klizište u zoni mosta Sloboda u Novom Sadu, gde su pomeranja geodetski merena približno 1 cm/god.). Retki su slučajevi kad se klizanje dogadja velikom brzinom. Kao takav primer može poslužiti veliko klizište na padini akumulacionog jezera brane Vajont u Italiji, gde je celokupna masa skliznula odjenom velikom brzinom, oko 400 m/min. Takodje evidentirana su mnoga klizišta kod kojih je masa skliznula za svega nekoliko desetina sekundi, časova ili dana. Kod većine takvih klizišta radi se o intenzivno raskvašenim poluvezanim i nevezanim stenskim masama, ili o čvrstim stenskim masama. Po pravilu brzina kretanja klizišta je relativno mala, tako da se ljudi i deo materijalnih dobara mogu spasiti od tih prirodnih katastrofa.

Sl.10.8. Klizište Most Slobode u Novom Sadu; a) Geotehnički presek terena: 1-les; 2-”sremska serija”; 3-raspadnuti lapori; 4-sveži lapori, b) Dijagram pomeranja na

inklinometru BI-4; c) Projektovane sanacaione mere (R. Petrović)

U cilju merenja iznosa pomeranja stenske mase u klizišta se ugradjuju inklinometri. Ugradjuju se tako da njima bude obuhvaćen teren u zoni klizišta i u njegovoj

197

podini. Konstrukcije inklinometara mogu biti različite i po pravilu ugradjuju se u prethodno izvedenu bušotinu. Da li će biti ugradjena jedna, ili više, inklinometarska konstrukcija zavisi od veličine klizišta, kao i detealjnosti istraživanja. Bez obzira kakva je konstrukcija inklinometra u pitanju, ona služi da se registruju pomeranja po dubini klizišta, tj. po dubini bušotine.

Metode proračuna stabilnosti

Za istraživanja i ispitivanja klizišta koriste se brojne metode. Medju njima svakako su značajne i metode proračuna stabilnosti. Sve metode proračunz se mogu svrstati u tri grupe: metode granične ravnoteže, metode teorije plastičnosti, metode konačnih elemenata.

Metode analize stabilnosti se izvode za geometrijske elemente klizišta koji su utvrdjeni istražnim radovima. Kada je klizna površina kružno cilindrična, tj. klizna površina je deo kruga, tada se mogu primeniti metode proračuna koje uvažavaju takav njen oblik (npr. metoda Bishopa). Obrnuto, kada je istražnim radovima utvrdjeno da je klizište izduženog oblika, da klizna ravan nema oblik kruga, tada se primenjuju metode koje baziraju na takvim predpostavkama (npr. metoda Janbu-a, metoda blokova i dr.).

Kao što se teži tome da oblik klizne površine bude precizno definisan istražnim radovima, isto tako i drugi parametri koji su uvršćeni u formule za proračun stabilnosti treba da budu dobijeni odgovarajućim laboratorijskim, ili terenskim metodama ispitivanja, tako da budu inženjerski sigurni podaci. To odmah znači, da uzorci na kojima se izvode odgovarajuća ispitivanja moraju biti merodavni, da u dovoljnoj meri reprezentuju sredinu i stensku masu iz koje su uzeti. Naša iskustva, sa više desetina klizišta, su pokazala da su uzorci najbolji kada su uzeti iz klizišta u vidu kocki, ili drugih oblika i to direktno iz: okana, raskrivki, potkopa ili sličnih vrsta istražnih iskopa. Od takvih oblika, koji su po pravilu orijentisasni, neporemećeni i sa odabranim, realnim-postojećim, a ne zamišljenim kliznim ravnima u sebi, treba u laboratorisjkim uslovima vršiti ispitivanja čvrstoće i dr.

Proračuni stabilnosti klizišta, za bilo koju kliznu površinu, su toliko pouzdani koliko je sigurno utvrdjena njegova geometrija i paramtri koji su uvršćeni u proračune. Sam proces proračuna je sada relativno lak. Tome je doprinela masovna primena kompjuterske tehnologije i odgovarajući programi. Time je moguće vrlo brzo i jednostavno izračunati faktor stabilnosti za veliki broj kliznih ravni i odrediti onu za koju je taj faktor minimalan.

Faktor stabilnosti treba, pre svega, shvatiti kao kvantitativni izraz rezultata svih istraživanja i ispitivanja. To znači da ukoliko su sveukupna istraživanja i ispitivanja pouzdana utoliko je i on pouzdan i obrnuto.

Metode granične ravnoteže

Švedska metoda momenata (Felleniusova metoda)

Metoda je bazirana na predpostavci da je kružni oblik klizne površine. Zato se prvo odredi zamišljeni centar rotacije nekim od pozatih načina. Kada je oblik klizne površine utvrdjen istražnim radovima onda je još jednostavnije odrediti centar rotacije. Potom se klizište izdeli, najčešće na 6-12 lamela, a može taj broj biti sasvim proizvoljan.

198

Dejstvo medjulamelarnih sila se zanemaruje. Za svaku lamelu izračuna se zapremina i težina. Usvaja se da je širina profila za koji se analiza stabilnosti izvodi 1m.

Težina svake lamele se nacrta u odredjenoj razmeri, sa početkom u kliznoj ravni i to iz tačke u koju je projektovano težište lamele. Težinu je lako razložiti na dve sile:

-normalnu sa pravcem radijusa koji spaja centar rotacije i početak sile težine;

- tangencijalnu, sa pravcem koji je upravan na normalu (matematički posmatrano uvek je tangenta na radijus, u bilo kom delu kružnice, upravna na taj pravac).

Zbir normalnih sila za sve lamele daje sumu tih sila. Isto to se odnosi i na tangencijalne sile, s napomenom da tangencijalne sile za lamele koje su sa suprotne strane (u nožičnom delu klizišta) od vertikalnog pravca iz centra rotacije

mora imati negativan znak. U tom delu stenska masa deluje kao teret koji se suprotstavalja klizanju.

Momenat spoljne sile oko centra rotacije je Ms=RΣT, a momenat unutrašnjeg otpora, oko centra rotacije je Mu=R(ΣNtgϕ + cl). Prema Fellenijusovoj metodi koeficijent sigurnosti treba da bude 1,5 - 2,0 i izražava se:

Fs=∑

+ϕΣ

T

clNtg

Gde su:N, T - normalna i tangencijalna sila (komponente težine),c - kohezija u kliznoj ravni,ϕ - ugao trenja stenske mase duž klizne ravni,l - površina klizne ravni u lameli klizišta,R - poluprečnik rotacije.

Ako se u analizu uvrste vrednosti kohezije i ugla trenja dobijeni na osnovu efektivnih, a ne ukupnih napona, tada se felenijusov obrazac za proračun sigurnosti dobija u obliku:

Fs=[ ]

∑ α

′+ϕ′−αΣ

sinW

lctg)ulcosW(

199

Sl.10.9. Grafički prikaz Švedske metode momenata

Gde su:W - težina lamele,u-porni pritisakc′ - kohezija na bazi efektivnih napona,ϕ′ - ugao trenja na bazi efektivnih napona,α - ugao izmedju pravca sile težine i radijusa l - površina klizne ravni u lameli klizišta,R - poluprečnik rotacije.

Modifikovana Švedska metoda momenata

Ova metoda je, takodje, bazirana na predpostavci da je klizanje rotaciono, po kružno-cilindričnom obliku klizne površine, a klizno telo i njegova podina su krute-

nedeformabilne sredine. Klizište se izdeli na 6-12

lamela, ili na proizvoljan broj. Donji kraj svake lamele se spoji sa centrom rotacije. Na taj pravac se iz :vrha razmatrane lamele, sa linije koja predstavlja NPV i dr. povuku normale. Odsečak na radijusu, od podnožja lamele do prethodno povučene normale, predstavalja odsečak za dijagram projekcija normalnih sila. Dužina od površine lamele do radijusa predstavlja odsečak za dijagram tangencijalnih sila (Sl.10.10.). Kada se površine razmaranih dijagrama (crtani su u odredjenoj razmeri) pomnože jediničnom širinom i zapreminskom težinom stenske mase, ili težinom vode zavisno od toga šta se razmatra, dobiće se odgovarajuće ukupne sile. Tako dobijene sumarne vrednosti normalnih i tangencijalnih sila treba uvrsititi u formulu za izračunavanje koeficijenta sigurnosti, isto kao i u Fellenijusovoj metodi.

200

Sl. 10.10. Modifikovana švedska metoda, za slučaj naglog

pražnjenja akomulacije

Metoda A.W.Bishopa

Metoda Bishop-a (1964) pripada grupi numeričkih metoda. Oblik klizne površine je kružno cilindričan. Faktor stabilnosti se izračunava na osnovu sledeće formule:

[ ]{ }∑ α⋅

∑α

⋅ϕ′⋅−−+⋅−+′

=siniW

m

1tgiX1iXbiUiWbc

sF

sF

tgsincosm

ϕ′⋅α+α=α

Dde su:

Fs - faktor stabilnosti,Wi - težine lamela,Ui - pijezometarska visina vode u lameli,c′ - kohezija,ϕ′ - ugao trenja, za efektivne naponeα - nagib tangente kružnog luka u datoj lameli,Xi-1 , Xi - vertikalne komponente reakcionih sila na obe vertikalne granične površine lamele.

U slučajevima kada su donji delovi klizišta pod vodom uvodi se u analizu momenat hidrostatičkog pritiska vode pa formula zadobija oblik:

[ ]{ }

∑⋅

−α⋅

∑α

⋅ϕ′⋅−−+⋅−+

=

R

hHsiniW

m

1tgiX1iXbiUiWb'c

sF

sF

tgsincosm

ϕ′⋅α+α=α

Gde su: H - horizontalna sila pritiska vode, koja dejstvuje suprotno od pravca klizanja,h - rastojanje sile H od centra rotacije,R - odgovarajući poluprečnik.

Prema nekim proračunima pokazano je da uticaj odabrane raspodele medjulamelarnih sila nije veliki. Zato se u praksi često koristi izraz:

[ ]{ }∑ α⋅

∑α

⋅ϕ′⋅⋅−+

=siniW

m

1tgbiUiWb'c

sF

201

Metoda blokova

Kada je na padini ili u kosini položaj kliznih ravni takav da se stvarno može izdvojiti jedan, ili samo nekoliko blokova-lamela, a klizne površine su predodredjene geološke površine, tada se proračun stabilnosti može izvesti po metodi blokova. Blokovi i

klizanje po karakterističnim diskontinuitetima: rasedima, pukotinama, ravnima slojevitosti, škriljvosti i dr. su naročito prisutni u čvrsto vezanim stenskim masama. Klizanje ovog tipa je takodje često zastupljeno na padinama, zasecima i usecima puteva i pruga, na površinskim kopovima, po obodu akumulacionih basena i dr.

Analiza stabilnosti se sprovodi grafičkim i numeričkim metodama. Kod numeričkih metoda se izračunaju sve sile koje teže da pomere blok duž ravni klizanja i otporne sile koje deluju duž ravni klizanja. Takodje i u ovoj metodi stabilnosti se izračunava faktor stabilnosti koji predstavlja odnos tih

sila. Na Sl.10.11 prikazan je samo jedan blok, klizanje duž jedne ravni i anker koji je usidren u stabilnoj masi i zadatom silom ankerovanja.

Faktor sigurnornosti je:

β−+ψ

ϕβ+−ψ+⋅=

cosz

Fp

FsinW

tg)sinz

FUcosW(Ac

sF

gde su:W - težina bloka, Fp - pritisak vode u pukotini, U - pritisak vode duž klizne ravni, Fz - sila u zategi-ankeru, ψ - nagib klizne ravni, A - površina bloka koji kliza, c - kohezija u kliznoj ravni, ϕ - ugao trenja duž klizne ravni, β - nagib ankera u odnosu na ravan klizanja.

Metoda Janbu-a

Metoda se koristi za analizu stabilnosti klizišta kod kojih klizna površina ne mora da bude deo kruga, već proizvoljnog oblika. Klizište se podeli u lamele i izračunava faktor stabilnosti po formuli:

202

Sl. 10.11.: Stabilnost bloka sa dve pukotine

)sK2tg(W

n

tg)lUW(lc

oF+αα

ϕ′⋅−+⋅′

=

gde su:Fofo=Fs - Faktor sigurnostifo - korekcioni faktor koji zavisi od odnosa srednje dubine klizišta d i dužine Lc′ - kohezija, ϕ′ - ugao trenja,W - težina lamele; l - širina lamele,nα - faktor koji zavisi od ugla unutrašnjeg trenja i nagiba lamele, odnosno:

)

oF

tgtg1(2cosn

ϕ′⋅α+α=α

Ks - koeficijent seizmičnosti Io - stepen seizmičnosti područja

Sanacija klizišta

Sanacija klizišta obuhvata proces realizacije projektovanih mera kojima se zaustavlja dalje klizanja. U procesu projektovanja i izvodjenja mera na sanaciji obavezne su sledeće faze:

- izrada projekta inženjerskogeoloških istraživanja terena; - izvodjenje terenskih i laboratorijskih istražnih radova, saglasno projektu i izrada

elaborata o rezultatima istraživanja; - izrada gradjevinskog projekta sanacije klizišta; - izvodjenje sancaionih radova. - eventualno odredjena merenja i osmatranja posle izvedenih sanacionih radova. Sanacija kliziša, u suštini, se svodi na to da se povećaju sile otpora, a da se smanje

smičuće sile. Najčešće se vrši kombinacija mera (Sl. 10.12.) kojima se se to ostvaruje: - rasterećuje se klizište u širem području oko ožiljka, ili u ostalom aktivnom delu; - opterećuje se nožični deo klizišta; - usmeravaju se strujnice podzemne vode u povoljnom pravcu; - smanjuju se porni pritisci (dreniranjem) što povećava efektivne napone; - poboljšavaju se svojstva postupcima kao injektiranjem, elektrohemijskim

procesima i dr. Obično za trajnu stabilizaciju nisu dovoljne navedene mere kojima se poboljšavaju

svojstva stenske mase, već je potrebno izvoditi i odredjene potporne konstrukcije (potporni zidovi, kontraforovi, dijagragme, obaloutvrde, šipovi, ankeri i dr.).

Izvedene sanacione mere treba da daju faktor stabilnosti Fss=1,20 Fs ; (Fss -faktor stabilnosti posle izvedenih sanacionih mea, Fs - faktor stabilnosti pre izvedenih sanacionih mera). Dati odnosi se uspostavljaju kada je Fs jednak jedinici. Ako to nije slučaj, on se mora zadovoljiti tako što će se analizirati sve polazne predpostavke i parametri u analizi stabilnosti.

203

Sl.10.12.: Shematski prikaz najčešćih vidova sanacije klizišta

Prema tome da li se sanacione mere primenjuju pre aktiviranja klizanja, ili nakon toga, sve su one podeljene na preventivne i akutne.

Preventivne mere se izvode da bi se njima sprečilo aktiviranje procesa klizanja. Tako npr. osiguravaju se dovodnici vode da nema gubitaka vode, a ako do gubitaka dodje treba da se ta voda kontrolisano odvede. Sprečavaju se dopunska opterećenja padine koja bi moglo izazvati klizanje. Pri zasecanju padine izvode se potporne konstrukcije pre nego što je klizanje nastupilo, ako se proceni da je to potrebno, kosine se štite žičanom mrežom, popletom, vodi se računa o obliku i nagibu kosine.Velika pažnja se poklanja kontrolisanom odvodjenju površinskih voda, vode iz izvora, gajenju biljnog rastinja i dr.

Akutne sanacione mere mogu biti delimične ili potpune. Delimične sanacione mere, često se one nazivaju i parcijalne, izvode se kada je klizanje u toku. Njima je potrebno sprečiti neke negativne posledice pomeranja stenskih masa npr. sačuvati neki važan objekat, sprečiti prekid nekih linijskih objekata i dr. Delimičnim sanacionim merama se interveniše lokalno, samo na pojedinim delovima i ne zaustavlja se proces klizanja u potpunosti. Potpune sanacione mere se izvode posle detaljnih inženjerskogeoloških istraživanja klizišta i po zato uradjenom projektu sanacionih mera. Izvesna odstupanja od glavnog gradjevinskog projekta sanacije su realna i česta u praksi. Njima se u suštini vrši prilagodjavanje sanacionih mera lokalnim geotehničkim uslovima koji se u pojedinim

204

elementima i pojedinim lokalnim delovima mogu najbolje utvrditi baš u fazi izvodjenja sanacionih mera. Sve izmene glavnog gradjevinskog projekta se daju u projektu izvedenog stanja.

10.4. Osipanje

Osipanje je proces pri kome se pod dejstvom gravitacije pomeraju drobina i blokovi. To pomeranje fragmenata je kombinovano. Pretežno je to kotrljanje (rotaciono kretanje), a manje translatorno pomeranje. Prilikom osipanja komadi čvrstih stenskih masa imaju različite putanje, a dužine su im uslovljene veličinom samih komadai morfologijom padine. Po pravilu najduže putanje imaju veći komadi. Sa smanjenjem veličine komada dužina putanje se smanjuje. Usled toga u nožici sipara nagomilavaju se krupniji blokovi, a pri vrhu najsitniji.

Osnovni uzroci stvaranja sipara su: insolacija, smrzavanje vode u pukotinama, dejstvo korenja biljaka, potresi izazvani: miniranjem, zemljotresima, kretanjem vozila i dr.

Prema petrološkom sastavu fragmenata sipari mogu biti: jednorodni kada telo sipara čine komadi iste stenske mase (krečnjaci, dolomiti i dr.) i heterogenog sastava, kada je telo sipara izgradjeno od komada dve ili više različitih stena. Za formiranje sipara najpovoljniji morfološki, geološki i klimatski uslovi ostvareni su u krečnjačkim terenima, gde su sipari najčešće i zastupljeni. Zbog toga su sipari karakteristične pojave krečnjačkih terena.

Odlomci stenskih masa koji ulaze u sastav sipara su nepravilnog oblika i prosečne krupnoće 3-20 cm. Ponegde se javljaju i blokovi veličine preko 1 m3. Takva veličina fragmenata uslovljava da je zastupljena makroporoznost, dobra vodopropustnost i laka ocednost. Debljina tela sipara je od 0,5-20 m.

Usled intenzivnog razaranja osnovnih stena, ili naknadnim raspadanjem odlomaka u telu sipara lokalno se može povećati zastupljenost sitnijih i glinovitih frakcija. Tada je vodopropusnost manja, a vodoocenost slabija. Pristustvo finijih frakcija je zavisno od krupnoće i oblika komada.

Navedena svojstva čine sipare nepovoljnom podlogom i sredinom za gradjenje, a naročito saobraćajnica i drugih linijskih objekata (naftovoda, gasovoda, vodovoda). U nekim slučajevima teškoće oko izvodjenja radova mogu biti takve da se trasa linijskih objekata izmešta izvan sipara, ili se prelazi preko njih mostovima. Brojna su klizišta u siparima, najčešće tako da ceo sipar kliza po kontaktnoj površini sa stenskim masama koje su u njegovoj podlozi.

Sipari se mogu sanirati izradom potpornih konstrukcija, odnosno ravnovrsnih potpornih zidova i drugih pregrada, zatim rasterećenjem masa, odstranjivanjem jednog dela, ublažavanjem nagiba sipara i dr.

10.5. Odronjavanje

Odronjavanje je proces odvajanja od matične stene, manjih ili većih blokova samaca ili više njih, njihovo padanje i kotrljanje niz strme litice i to tako da se bar na jednom delu svog puta oni kreću kroz vazduh. Taj proces se u prirodi najčešće dogadja na strmim padinama koje su izgradjene od kamenitih čvstih stena. Razvoju procesa pogoduju

205

zasecanja padine veštačkim putem, podlokavanja površinskim vodama i talasima, povoljna ispucalosti stenskih masa. Mestimično odroni se dešavaju i u strmim odsecima lesa.

Do odronjavanja kamenitih masa može doći usled zamrzavanja vode u pukotinama, zatim usled insolacije, bubrenja pukotinske ispune, hidrauličkih pritisaka, kao i biogenih procesa pri rastu korenja šumskog bilja. Osim toga mnoštvo odrona može nastati i usled zemljotresa, kao i podsecanjem strmih obala.

Sl.10.12. Odron stenske mase

Odronjavanje se najčešće dogadja u onim delovima padina koji su oslobodjeni primarnog naponskog stanja, a to može biti kako pri vrhu tako i u srednjem delu padine. Pripremna faza odronjavanja uglavnom traje dosta dugo, a sam proces padanja vrlo kratko. Inače, odronjavanje većinom počinje prethodnom pojavom novih prslina ili proširivanjem postojećih. Velikom odronjavanju masa mogu da prethode manja otkidanja i padanja pojedinih blokova. Isto tako posle velikih odronjavanja, na istom mestu, posle kraćeg ili dužeg vremena, može doći do ponovnog odronjavanja masa koje su tek posle prethodnog postale labilne. U terenu na kome se dogodilo odronjvanje ralikuju se: zona odronjavanja, ožiljak odrona i odronski materijal. Zona odronjavanja je deo padine, kosine ili obale, gde se dogodilo otkidanje. Površina otkidanja je ožiljak odrona. On se najčešće lako prepoznaje po razlici boje stenske mase, bez patine i lišaja i drugog nižeg bilja. Deo terena gde se vrši deponovanje odronskog materijala naziva se zona deponovanja. Dužina puta kojim se kretao materijal odrona zavisi od vrste stena u kojima je odron nastao, količine i krupnoće fragmenata, morfoloških svojstava padine gde je odron nastao.

Razvrstavanje odrona vrši se prema različitim kriterijumima ali se u praksi najčešće primenjuje klasifikacija zasnovana na vrstama stenskih masa koje su zastupljene u

206

telu odrona. Tako odroni mogu biti kameniti u čvrstim stenskim masama, "zemljani" u koherentnim sedimentima, najčešće u lesu. Najviše zastupljeni su odroni u kamenitim stenama i to sa oko 95%.

Saniranje terena podložnih odronjavanju nije lako ni jednostavno, najčešće zbog nepristupačnosti terena. Zaštita se izvodi kao preventivna, pre nego što je odron nastupio, u vidu sidrenja, redje podupiranja i podzidjivanja.

10.6. Tečenje

Tečenje je proces kojim se gravitaciono, niz padinu, pomeraju tečljive stene. Osnovni uzroci pojave tečenja su: smanjenje otpornosti na smicanje usled raskvašavanja sedimenata i povećanje filtracionih i pornih pritisaka. Na ubrzanje pojave tecišta bitan uticaj imaju: nagle promene raskvašenosti stenskih masa, konsistentnog stanja pri kravljenju posle smrzavanja, kao i prirodni i veštački dinamički udari. Tečenju su podložne glinovito-peskovite stene i površinski delovi intenzivno aliterisanih stena u kori površinskog raspadanja.

Geološka gradja tecišta podrazumeva geološki sastav, strukturu i stanje konsistencije sedimenata u telu tecišta. Prema vrsti sedimenata koji su zastupljeni u telu tecišta mogu biti: jednorodne i raznorodne gradje. U prvom slučaju telo se sastoji samo od jednog sedimenta, a u drugom slučaju od dve ili više vrsta sedimenata. Prema konsistenciji tecišta mogu biti: tečnog i plastičnog stanja konsistencije.

Debljina tecišta je mala i iznosi, najčešće, izmedju 0,2-2 m. Zbog toga ona ne mogu bitno da utiču na stabilnost dobro fundiranih objekata.

10.7. Puženje - suvo tečenje

Vrlo sporo smičuće kretanje površinskih delova stenskih masa naziva se puženje, a njegov produkt je puzište. Pomeranja delova stenskih masa u puzištu su različitog intenziteta, ali u suštini vrlo spora. Putanje delova stenskih masa bliža površini terena su po pravilu duže od putanja u dubljim delovima. Najveće pomeranje je na samoj površini terena.

Proces puženja se odvija sa prekidima, ali se po pravilu ne može uočiti vizuelno, ili se retko jedva uočava. Može se umiriti, ali može prerasi i u kliženje, čak

i u tečenje. Puzišta se obrazuju pod dejstvom čestih promena zapremina stenskih masa izazvanih insolacijom ili smrzavanjem i kravljenjem, kao i hemijskim procesima koji su praćeni povećanjem zapremine stenskih masa (prelaz anhidita u gips, bubrenje i dr. ).

207

Sl.10.13.Povijanje slojeva niz padinu usled puženja, po Waltheru

Puzišta se dele na umirena i aktivna. Umirena su ona kod kojih proces pomeranja privremeno miruje, a aktivna su ona kod kojih on još uvek traje.

10.7. Likvifakcija

Likvifakcija je pojava da pod djestvom dinamičkog vibracionog delovanja, neke vodozasićene stene postaju tečljive. Najčešći uzročnik toga su zemljotresi, a osim njih mogu biti izazvani i kretanjem vozila, miniranjem i dr.

Najpogodnija sredina za razvoj likvifakcije su sitnozrni, približno ujednačeno granulirani, rastresiti i vodom zasićeni peskovi. Pri odredjenim uslovima i gline mogu biti podložne likvifakciji.

208

209

11. POBOLJŠANJA SVOJSTAVA TERENA

Podela postupaka geotehničkih melioracija

Graditelji su oduvek težili tome da izaberu lokalnosti koje su povoljne za gadjenje i eksploataciju objekata. Od izgradnje objekata na nepovoljnim terenima se najčešće odustajalo. Zato i nije bilo potrebe da se vrše poboljšanja svojstava terena, a kada je to i činjeno bilo je najčešće privremenog karaktera i mahom sa ciljem da se obezbede samo povoljniji i bezbedniji uslovi pri gradjenju (npr. skretanje toka reke Eufrat). Trajna poboljšanja svojstava terena redje su primenjivana, ali ima i takvih primera (npr. poboljšanje tla pobijanjem šipova pri temeljenju mnogih gradjevina u Holandiji, Italiji i drugde, u Srednjem veku i kasnije. Postupci geotehničkih melioracija su najčešće vrlo skupi pa se o njihovoj primeni odlučuje tek pošto se tehničkim i ekonomskim analizama dokaže njihova ekonomičnost. Njima se, u suštini, poboljšavaju svojstva terena kao prirodne konstrukcije i svojstva terena kao radne sredine.

Prema tome da li su poboljšanja vremenski ograničena, npr. samo dok traje izgradnja, ili su njihovi efekti dugotrajni npr. za ceo eksploatacioni vek objekta, mogu se postupci podeliti na dve grupe:

• postupke privremenog poboljšanja svojstava terena (npr.zamrzavanje tečnih peskova kroz koje se probija tunel ili okno; dreniranje terena oko temeljne jame, u cilju sniženja nivoa izdani);

• postupke trajnog poboljšanja svojstava terena (npr. zaptivanje terena na mestu brane; konsolidaciono injektiranje zone oko tunela pod pritiskom; stvaranje šljunčanih šipova ispod temelja zgrada i dr.).

Prema vremenu primene postupka, mogu se podeliti u dve grupe:preventivne i sanacine.

Preventivni postupci primenjuju se u cilju poboljšanja svojstava terena i sprečavanje deformacija i to pre nego što do deformacija dodje. Sanacioni postupci se primenjuju za poboljšanje terena u kome su se deformacije već dogodile, odnosno kod terena čija je stabilnost narušena.

210

Prema osnovnom efketu koji se postiže geotehničkim melioracionim radovima postupci se dele na:

∗ postupke kojima se poboljšavaju deformabilna svojstva;∗ postupke kojima se poboljšavaju svojstva otpornosti na smicanje;∗ postupke kojima se poboljšavaju filtraciona svojstva terena.Najznačajniji su sledeći postupci geotehničkih melioracija:• injektiranje;• sidrenje;• dreniranje;• zbijanje;• torkretiranje;• zamrzavanje;• podrupiranje i oblaganje;• elektrohemijsko očvršćavanje;• zamena materijala;• rasterećenje;Injektiranje je tehničko-tehnološki postupak kojim se u porozni deo stenske mase

pod odredjenim pritiskom utiskuje injekciona masa. Injekciona masa tu očvršćava i dorpinosi poboljšanju: kontaktd objekta i terena; mehaničkih karakteristika stenske mase u zoni sadejstva; smanjenju vodopropustljivosti stenske mase i dr.

Sidrenje predstavlja postupak ugradnje sidara, čime se postiže čvršća veza medju pojedinim blokovima izdeljene stenske mase. Time se postiže povećanje stabilnosti nestabilnih delova padine ili iskopa, a samim tim smanjuje deformabilnost. Sidrenje se može primenjivati i za vezu objekta za čvrstu podlogu (potpornog zida, temelja objekta i dr. ) čak i onda kad taj objekat nije fundiran direktno u tu čvršću podlogu.

Dreniranje se primenjuje u cilju odvodjenja slobodnih podzemnih voda iz terena. U tu svrhu izradjuju se različiti drenažni objekti: rovovi, potkopi, bušotine, okna, bunari, iglofiltri. Dreniranjem se poboljšavaju mehanička svojstva stenske mase, menjaju pravci strujnica i smanjuju filtracioni i porni pritisci podzemne vode, čime se može u znatnoj meri povećati stepen stabilnosti prirodne konstrukcije. Dreniranje se primenjuje kao mera privremenog ili trajnog poboljšanja svojstava terena.

Torkretiranje je radni postupak kojim se nanosi sloj špric-betona ili cementnog maltera na sveže otkrivene zidove podzemnih prostorija ili kosina i predstavlja jednu vrstu podgrade ili obloge podzemne prostorije, odnosno zaseka ili useka. Pored podgradjivanja, odnosno oblaganja prostorije postižu se i efekti očvršćavanja stenske mase i njene izolacije od spoljašnjih uticaja. Ovi postupci se primenjuju samo u terenima izgradjenim od ispucalih čvrstih stenskih masa.

Zamena materijala u terenu primenjuje se onda kada su stenske mase koje izgradjuju odgovarajuće sredine terena takve da se teško može izvesti poboljšanje njihovih svojstava. Tada se stenska masa lošijih svojstava zamenjuje boljim. Najčešće se umesto lošeg tla primenjuje šljunak, kamena drobina, lomljeni i drobljeni kamen, redje pesak i dr.

Podupiranje i oblaganje predstavlja tehničko-tehnološki postupak kojim se sprečava klizanje, odronjavanje ili osipanja. Podupiranje se može postići izradom potpornih zidova, nasipa, gabiona, kontraforova od različitog materijala i dr. Oblaganje, koje se primenjuje skoro isključivo u cilju sprečavanja osipanja i jaružanja, izvodi se izradom

211

tanjih obložnih zidova, čeličnih mreža, zatravljivanjem, itd. Podupiranje i oblaganje, se po pravilu, izvodi u nižim delovima nestabilnih padina i kosina.

Rasterećenje ne predstavlja direktno poboljšanje svojstava stenske mase koja izgradjuje teren. Tim postupkom se postiže promena naponskog stanja a time i povećanje stepena stabilnosti prirodne konstrukcije. Zbog toga se rasterećenje padina i kosina, po pravilu, izvodi u njihovim najvišim delovima.

Zbijanje se primenjuje da bi se fragmenti nevezanih i rastresitih stena bolje složili. Tim postupkom smanjuje se poroznost stenske mase, povećava kompaktnost, smanjuje eformabilnost terena, povećava dozvoljeno opterećenje.

Zamrzavanje terena se primenjuje kod vodom zasićenih rastresitih stenskih masa, a naročito finozrnih peskova koji se, u tom slučaju, mogu ponašati kao tečljiva sredina. Postupak se sastoji u veštačkom sniženju temperature u cilju zamrzavanja podzemne vode koja ispunjava medjuzrnske pore. Na taj način sredina postaje kruta sve dok temperatura ne dostigne tačku topljenja leda.

Elektrohemijsko očvršćavanje terena se sastoji u uvodjenju jednosmerne električne struje u teren. Primenjuje se isključivo kod glinovitih, muljevitih i redje peskovitih sedimenata. Pri tome u njima nastaju promene slične onima koje nastaju prirodnim procesima kroz dugo geološko vreme, a ogledaju se uglavnom u smanjenju plastičnosti i povećanju otpornosti na smicanje.

11.1. Injektiranje stenskih masa

Injektiranje je tehnički postupak koji se vrši poboljšanje mehaničkih svojstava, smanjenjuje se vodopropustljivost, ostvaruje se intimni kontakt objekta i terena. Postupak se izvodi tako što se odredjene vrste injekcionih masa utiskuju u stensku mase, u tečnom stanju, gde one očvršćavaju u medjupukotinskim pornim agregatima, ili drugim porama gde su utisnute

Najznajznačajnje vrste injektiranja su:♦ kontaktno;♦ vezno;♦ zaptivno;♦ konsolidaciono;♦ naponsko.

Kontaktno injektiranje

Kontaktnim injektiranjem se postiže bolji kontakt objekta i stenske mase nego što je on bio pre injektiranja. Kod hidrotehničkih tunela i okana pod pritiskom, kontaktno injektiranje se izvodi samo u onim slučajevima kada stenska masa treba da primi unutrašnje hidrostatičke pritiske, a obloga ima za cilj samo da obezbedi projektovani oblik tunelskog otvora. Pri tome, kontaktnim injektiranjem (Sl. ). se obezbedjuje kontinuirano prenošenje unutrašnjih pritisaka na stensku masu, odnosno bolje sadejstvo. U protivnom, betonska obloga bi zbog postojanja prostora nepopunjenog betonom morala u celini da primi unutrašnji pritisak, morala bi biti dimenzionisana saglasno takvim uslovima. Slični efekti se ostvaruju i kod kontaktnog injektiranja betonske obloge i čelične košuljice, ako ona postoji, ili eventualno dvoslojne betonske obloge kod tunela u kome su tečnosti pod relativno

212

velikm pritiscima (npr. tuneli kojima se voda dovodi iz akumulacionog basena na turbine, vodostani i dr.).

Sl.11 1. Tunel i zona kontaktnog injektiranja

Injektiranje se izvodi tako što se prvo izbuše bušotine, a onda se kroz njih utiskuje injekciona masa. Dužina bušotina je uslovljena debljinom obloge, dimenzijama i oblikom praznog prostora koji se injektira. Kod tunela kružnog poprečnog preseka, bušotine su radijalno rasporedjene.

Injektiranje se izvodi planski i to tako da se prvo utiskuje injekciona masa u bušotine koje se nalaze u podnožnom svodu (u donjem delu objekta), a zatim naizmenično levo i desno prema kaloti, a zadnja bušotina u najvišem delu kalote-objekta.

Injekcioni pritisak treba da bude toliki da obezbedi popunu praznog prostora izmedju stene i obloge, ili izmedju više obloga. Ne sme da bude ni previsok, jer bi se time injektirala i stenska masa, što nije zadatak kontaktnog injektiranja, niti prenizak da zbog toga ne bude uspešno završeno kontaktno injektiranje. Po pravilu, pritisci su na početku procesa injektiranja niži, a na kraju viši. Pritisak injektiranja je obično u ganicama 0,3-0,5 MPa.

Vezno injektiranje

Veznim injektiranje se postiže bolje sadejstvo objekta i stenske mase. Izvodi se u kontaktnoj zoni objekta i stenske pri čemu je debljina te zone obično 0,5 m do nekoliko metara. Stenske mase su u toj zoni obično ispucalije nego u dubljim delovima terena. Razlog tome su uticaji iskopavanja, miniranja i oslobadjanja napona uopšte. Kada se pukotine, ili drugi prazni prostori u zoni veznog injektiranja zapune injekcionom masom, postiže se bolja veza objekta i terena.

Vezno injektiranje se primenjuje kod podzemnih objekata i betonskih brana.

213

Kod hidrotehničkih objekata i okana pod pritiskom, skoro uvek se izovdi vezno injektiranje i to do dubine 0,5-1 m, zavisno od dimenzija objekta, broja i rasporeda bušotina. Injekcioni pritisak je obično jednak unutrašnjem pritisku, koji će vladati u hidrotehničkom objektu pri njegovoj eksploataciji.

Osnovni zadatak veznog injektiranja je da se u zoni terena gde su najveći uticaji objekta na teren i obrnuto, poboljšaju mehanička svojstva stenskih masa. Pored toga, veznim injektiranjem se smanjuju uticaji podzemnih voda na objekat i vodopropustljivost terena.

Zaptivno injektiranje

Izvodi se u cilju zaptivanja poroznosti u stenskoj masi i sprečavanja kretanja podzemnih voda. Kao mera može imati privremeno ili trajno dejstvo.

Injekcione mase su, po pravilu, višekomponentne, tj. kombinacija: gline, cementa i vode. Njima treba sprečiti kretanje vode, a nije potrebno da imaju velike čvrstoće. Obično je dovoljno, sa stanovišta zaptivanja, da je njihova čvrstoća takva da ih pritisak vode i njeno kretanje ne razori. Uobičajeno je težinsko učešće cementa oko 75%, a bentonita do 30%. Prednost tiksotropnih masa, u odnosu na cementne, je u tome što su one penetrativnije i ekonomičnije.

Zaptivno injektiranje je naročito veliku primenu našlo kod visokih brana. Za te objekte izvode se injekcione zavese koje zadobijaju nazive u zavisnosti od njihovog položaja u odnosu na branu. Prema tome one mogu biti:

• dubinske (ispod tela brane);• bočne (u bokovima brane);• obodne (po obodu akumulacionog jezera);Svrha izvodjenja injekcionih zavesa je:♦ smanjenje gubitka vode iz akumulacije, na mestu brane i iz akumulacionog

bazena uopšte;♦ sprečavanje štetnog uticaja filtacionih tokova vode, ispod i oko brane. Time se

onemogućuje iznošenje sitnih čestica iz betona i stenske mase i sprečavaju štetni procesi koji bi time bili izazvani;

♦ smanjenje uzgona, čime se povećava stabilnost objekta;Injekcione zavese su veoma komplikovani tehnički objekti, a u ekonomskom

pogledu dosta su skupi. Elementi svake zavese moraju biti prilagodjeni specifičnostima konkretnog objekta i geološke gradje terena.

Prema dubini i odnosu zavese prema vodonepropusnoj podlozi, injekcione zavese ispod objekta mogu biti:

• vezane;• lebdeće.Vezane su one koje su izvedene do vodonepropusne, prirodne, sredine. Lebdeće ne

dopiru do vodonepropusne sredine, stim što se za kriterijum dubine dubinskih zavesa usvaja ona dubina na kojoj je vodopropustljivost 1 Lu (u nekim slučajevima 2 ližona). Za bočne zavese kritična dubina je ona na kojoj je vodopropustljivost 2 Lu (odnosno 4 Lu: 1Lu=1 lit/min/m′ /1MPa).

Položaj dubinske injekcione zavese kod brana zavisi od njihovog tipa. Kod gravitacionih betonskih brana zavesa se izvodi na uzvodnom delu, radi smanjenja uzgona, a

214

kod brana nasutog tipa, obično se zavesa izvodi ispod glinenog jezgra brane. Kod lučnih brana, uzgon je mali, pa se položaj zavese odredjuje u skladu sa geološkim uslovima.

Trase bočnih injekcionih zavesa su, u načelu, upravne na pravac strujnica vode u bokovima brane. Kod lučnih brana se izvode obično koso uzvodno, radi obezbedjenja oslonaca brane.

Dubinske injekcione zavese se mogu izvoditi: sa površine terena; iz namenski izvedenih injekcionih galerija u telu brane; kroz telo brane, kad ono bude izgradjeno do izvesne visine. To zavisi od geoloških uslova i opšte dinamike i organizacije izvodjenja radova. Bočne zavese se izvode ili sa površine terena ili iz injekcionih galerija, kada je visina nadsloja velika i nije opravdan veliki obim jalovog bušenja. Na to mogu uticati i drugi opšti uslovi izvodjenja.

Pri definisanju svake injekcione zavese najvažnije je:♦ izabrati položaj injekcione zavese;♦ odrediti dimenzija zavese;Radi definisanja pojedinih elemenata zavese obavezno treba u probnim

injekcionim poljima definisati:∗ istražne, injekcione i kontrolne bušotine (rastojanje medju bušotinama, rednost, dubinu, prečnik, pravac i dr.);∗ vodopropustljivost stenskih masa (VDP);∗ vrste injekcionih masa, sirovine za njihovu pripremu;∗ injekcione pritiske;∗ kriterijum završetka injektiranja;∗ kontrolna ispitivanja i osmatranje injekcione zavese;

Broj bušotina, njihovo medjusobno rastojanje i dubina prevashodno zavise od svojstava stenske mase koja se injektira, kao i specifičnosti zahteva koji su postavljeni projektom injektiranja. Najvažniji su da se injektiranjem injektira sav prostor obuhvaćen zavesom kako po dubini, tako i na projektovanoj dužini. Kao kriterijum završetka injektiranja u svakoj pojedinačnoj bušotini obično se koristi postizanje projektovanog pritiska injektiranja ili količina utisnute injekcione mase. Drugi kriterijum je pouzdaniji.

Injektiranje se može izvoditi sledećim postupcima:⇒ silaznim;⇒ uzlaznim;⇒ mešovitim;⇒ cirkulacionim.

Silazni postupak obuhvata više tehničko-tehnoloških postupaka. Prvo se izbuši bušotina odredjene dužine (etaža), a onda se na toj dužini izvede injektiranje. Kada je to uspešno uradjeno, pristupa se čišćenju bušotine, produžetku bušenja sledeće etaže, ponovno injektiranje i tako redom na celoj dužini bušotine.

Uzlazni postupak se primenjuje kada su zidovi bušotine stabilni. U tim slučajevima moguće je izbušiti celu bušotinu, očistiti je od sitnih čestica koje su zaostale na zidovima bušotine ili njenom dnu, a potom izvršiti injektiranje. Ono se izvodi od dna do vrha. Pri tome je moguće pakerima ograničiti dužinu etaže koja se injektira, ili odjednom injektiati celu bušotinu.

Mešoviti postupak injektiranja je ustvari kombinacija silaznog i uzlaznog postupka.

215

Cirkulacioni postupak je specifična vrsta uzlaznog.

Sl. 11.2. a) Shematski prikaz injekcione zavese; b) Dijagram opita vodopropustljivosti (VDP) po metodi Ližona, u istražnoj bušotini IB—7

Konsolidaciono injektiranje

Konsolidacionim injektiranjem se poboljšavaju karakteristike mehaničkih svojstava stenskih masa, tj. smanjuje se njihova deformabilnost. Kao dopunski efekat konsolidacionog injektiranja dobija se još:

- povećanje otpornosti stenske mase na smicanje; - homogenizacija stenske mase; - stanje napona na koje ispucalost ima manji uticaj; - smanjuje se vodopropustvljivost stenskih masa.Konsolidaciono injektiranje se može primenjivati kao privremena i stalna

meliorativna mera. Najčešće se primenjuju za to cementne injekcione mase, koje daju stvrdnutu injekcionu masu dobrih mehaničkih karakteristika. Važna svojstva cementnih suspenzija su: stabilnost i penetrabilnost, a zavise od finoće mliva cementa, disperzije cementnih čestica itd. Obzirom na veličinu čestica cementa, injektirati se mogu pukotine širine zeva 0,10-0,25 mm. Pošto visok vodocementni faktor suspenzije negativno utiče na otfiltriranje viška vode, to se penetrabilnost i fluidalnost cementnih suspenzija postiže dodavanjem aktivnih dodataka.

Injekcioni pritisci, da bi ostvarili svoju svrhu, moraju biti prilagodjeni svojstvima stenskih masa i injekcione mase. Što je masa fluidnija, a pukotine većeg zeva, može se postići veći radijus dejstva, odnosno može se usvojiti veće rastojanje medju bušotinama, uz povećanu sigurnost i optimalni efekat injektiranja. Ukoliko su pukotine ispunjene trošnom ispunom, tada je neophodno da se one isperu. Za to se primenjuju različiti postupci, a vodi kojom se vrši ispiranje dodaju se deterdženti ili druga sredstva. Pritisci treba da budu takvi da ne izazovu nepoželjne deformacije i lomove u stenskoj masi.

Konoslidaciono injektiranje, u principu, daje mali efekat u slabovodopropusnim sredinama, gde su pukotine stisnute, a to je najčešće slučaj na većim dubinama i u plastičnim sredinama.

Konsolidaciono injektiranje tunela pod pritiskom se često izvodi. Razlog tome je što se pri iskopu tunela, koji su relativno velikog prečnika, oko njega formira zona rasterećenja prirodnih napona i ta zona bez nepoželjnih deformacija na objektu nebi mogla

216

da prenese unutrašnje hidrosatičke pritiske. Zato je neophodno, tu zonu rasterećenja, konsolidaciono injektirati. Dubina oslobadjanja napona je u funkciji svojstava sredine, prečnika iksopa i može biti od 0,5 do nekoliko metara. Dubina bušotina treba da bude, teorijski posmatrano, kolika je zona rasterećenja.

Konsolidaciono injektiranje visokih brana je tehničko-ekonomski opravdano da se izvodi do dubine 20-25 m. Injektiranjem se obezbedjuje mogućnost gradjenja brana i na lošijim terenima.

Injektiranje se izvodi ili sa površine terena, ili kroz telo brane, kada je ona izgradjena do izvesne visine, ili iz injekcionih galerija.

Ostali elementi injektiranja: ispiranje ispune, injekcioni pritisci, injekciona masa, režim injektiranja i dr. projektuju se u svakom konkretnom slučaju, uz uvažavanje opštih principa i uloge svakog posebnog elementa.

Naponsko injektiranje

Naponskim injektiranjem se postiže to da se u zoni terena oko objekta, gde je došlo do oslobadjanja napona usled iskopa, uspostavi prvobitno stanje napona. Time se, npr. u tunelu u kome je voda pod pritiskom, postiže jedan vrlo koristan efekat dejstva pritiska stenske mase na oblogu, obrnuto od pritiska vode koja je unutar objekta. Efekat injektiranja se ogleda u tome da obloga, koja pre injektiranja može da primi pritisak vode u iznosu 0,8-1 MPa, posle naponskog injektiranja može da primi unutrašnje pritiske i do 2,5 MPa.

Sl.11.3. Shema naponskog injektiranja

Injekcione mase moraju biti visokih mehaničkih karakteristika. Moraju imati malo skupljanje i plastično tečenje. Najčešće se koriste cementne injekcione mase, koje su od normalnog portland cementa, ili su od ekspanzivnih cemenata.

Injekcioni pritisak, pri naponskom injektiranju, mora biti dovoljno veliki, kako bi obezbedio traženo prednaprezanje i naknadno opadanje napona usled plastičnog tečenja stenske i injekcione mase, pada temperature itd. U načelu, trebalo bi da bude veći od

217

prirodnih napona pre iskopa, a iskustvo je pokazalo da je dovoljno primeniti pritiske 2-2,5 puta veće od unutrašnjih radnih pritisaka.

Da bi se dobio potreban efekat prednaprezanja, potrebno je istovremeno injektirati u svim bušotinama u jednom profilu, ili u više profila ako je to potrebno, što se u konkretnim uslovima utvrdjuje na probnim deonicama.

Posebna pažnja se posvećuje izboru postupka injektiranja. Po pravilu, naponsko injektiranje se izovdi posle kontaktnog, ili posle izvodjenja zaptivnog oreola na izvesnom rastojanju od obloge, ako je stenska masa jako ispucala i vodopropusna. Problem odfiltriranja viška vode se mora pažljivo razmatrati i ukoliko za to nema prirodnih uslova potrebno je izvesti drenažne bušotine.

Injekcione mase

Injekcione mase se u stanju tečnog fluida, što manjeg viskoziteta, injektiraju u teren pod odredjenim pritiskom. Prema vrstama i sadržaju mogu biti:

• suspenzije;• emulzije;• koloidni rastvori;• pravi rastvori.

Suspenzije se spravljaju na bazi mešavina: vode, cementa, gline, peska ili agregata. Da bi se postigla njihova bolja injektibilnost, dirigovalo vreme vezivanja, ili popravila mehanička svojstva dodaju im se razni dodaci. Ti aditivi mogu biti: ubrzivači, usporivači, emulgatori, stabilizatori, plastifikatori, plastifikatori aeranti, dodaci za povećanje čvrstoće i dr. Dodaju se u malim količinama. Skupi su.

U izvesnim specijalnim slučajevima koriste se bitumeni ili bitumenske emulzije. Ove injekcione mase su vrlo osetljive i zahtevaju specijalnu opremu, obučen kadar i posebne mere higijensko-tehničke zaštite.

Za injektiranje granularnih sredina, gde se ne mogu iz više razloga primeniti klasične injekcione mase, koriste se hemijske injekcione mase koje predstavljaju koloidne rastvore (prečnik čestica 10-5-10-7 cm ) i organske smole koje su pravi rastvori (prečnik čestica manji od 10-7cm). Ove mase su i 3-5 puta skuplje od klasičnih pa se zbog toga koriste samo u onim slučajevima kad se drukčije ne mogu postići traženi efekti. Primenjuju se prvenstveno u prašinastim peskovima i peskovima, lesu ili čvrstim stenskim masama sa pukotinama čiji je zev manji od 1 mm.

Organske smole mogu biti: tečni monomeri koji formiraju sa reaktivom čvrsti gel i prekondenzovani polimeri koji formiraju plastične mase velike čvrstoće.

11.2. Sidrenje

Sidrenje je postupak poboljšanja svojstava terena, pre svega nosivosti i stabilnosti. Ostvaruje se ugradnjom u stensku masu čeličnih elemenata: žica, šipki, užadi.

Prema vremenu u kome je potrebno da deluju sidra razlikuju se dve vrste: trajna i privremena.

Zavisno od stepena prethodnog naprezanja (Fo /Fe), gde je Vo početna sila prethodnog naprezanja, a Ve sila koja odgovara uslovnoj granici elastičnosti, sidra mogu biti prethodno napregnuta i pasivna.

218

Prema načinu usidrenja, sidra mogu biti: sidro sa rascepom i klinom, sidro sa ekspanzionom čaurom, perfo sidra-atheziona sidra, sidra sa inektiranom glavom i dr.

Sidra se najčešće ugradjuju u kamenitim stenskim masama da bi se njima dodatno osigurala bezbednost labilnih blokova, delova padine, ili kosine. Obično se sidre relativno veliki blokovi, po pravilu sa više sidara, shodno projektovanom medjusobnom rasporedu i dubini. Ima slučajeva da se sidrenje primenjuje i za potrebe stabilizacije labilnih delova padine ili kosine koja je izgradjena od poluvezanih i nevezanih stena, ali je tada skoro uvek najdublji deo sidra ugradjen u relativno čvrstim stenskim masama da bi efekti delovanja sidra bili što veći. Znatno redje sidra su na celoj svojoj dužini u mekim, ili relativno mekim stenama, npr. pri dodatnom obezbedjenju stabilnsoti obalskog-kejskog zida i tada su najčešće kombinovani sa još nekom dodatnom merom kojom se postiže zahtevana stabilnost objekta.

Sl. 11. . Onovni tipovi sidara: a(1)-sidro sistema “Willams“; a(2) zatega sistema “I.P.R.“; a(3) ekspanziono sidro sa perfo košuljicom; a(4) sidro sistema “Bauer“ po L.

Fingerhut-u; b) šip i sidra na klizištu “Kusjak“ po S. Cvetković-Mrkić i dr.

Proces ugradnje sidra obuhvata više postupaka, a najvažniji su sledeći:1. priprema sidra;2. bušenje rupe-bušotine, a po potrebi i izvodjenje konsolidacionog injektiranja iz nje, pa

potom ponovnog bušenja bušotine;3. ulaganje sidra;4. injektiranje sidrene zone (I faza);5. tehnološka pauza (najčešće 7 dana) da bi injekcioni maletr očvrsnuo;6. izrada bloka za oslonjanje;7. postavljanje ankerne glave;

219

8. priprema kraja zatege;9. prethodno naprezanje sidra posebnom hidrauličkom opremom, zavisno od sistema

prednaprezanja;10. injektiranje cementnim malterom (II faza);11. završna obrada ankerne glave

Kao materijal za izradu zatega ankera primenjuju se:šipke visokovrednog rebrastog čelika ∅ 14-36 mm;snopovi od paralelnih glatkih žica ∅ 5-12 mm;snopovi od n paralelnih užadi ∅ 12,3-15,3 mm, prekidne sile n x 164, odnosno n x 232 kN.

Proračun stabilnosti sidra, izbor njegovog tipa, odredjivanje sidrene dučine (lvr) i slobodne dužine (lfr), potrebno je znati srednju vrednost primarnog normalnog naprezanja u

sidrištu (σn), mobilizirane kohezije C′ i mobiliziranog ugla trenja po obodu sidrišta ϕ′ .

Tada je, na osnovu Mohr-ovog kruga napon τn po obodu sidrišta:

ϕ′⋅σ+′=τ tgC n

Pri tome se vredost normalnog naprezanja (σn), odredjuje iz primarnog vertikalnog napona (σv) i odgovarajućeg horizontalnog primarnog pritiska (Koσv) prema izrazu:

σv=1/2 (1+Ko) σv

gde je Ko=1-sin ϕ′ i ima vrednost u granicama 0,25-1,0. Ukupna računska nosivost sidra za stvarni prečnik bušotine (2r) iznosi:

( )

ϕ′⋅σ⋅++′⋅π=⋅π⋅τ= tg

voK1

2

1C

vrlr2

vrlr2

rF

Dozvoljena nosivost sidra (Fd) iznosi: Fd=Fr/Fs pri čemu je Fs faktor sigurnosti.Dužina sidrene zone (lvr) se odredjuje prema sledećoj jednačini:

π⋅τ⋅

=π⋅τ

=r2

FF

r2

Fl srr

vrr

11.3. Torkretiranje

Torkretiranje je geotehnička mera poboljšanja svojstava terena koja se izvodi tako što se površine stabilizuju nabačenim špric betonom-torkretom. Površine mogu biti prirodne kosine ili iskopi u terenu: zaseci; useci; podzemni iskopi. Torkret predstavlja mešavinu: vode, cementa i peska ili agregata. Nabacuje se u slojevima, a nakon očvršćavanja njime se ostvaruje bolja stabilnost izdeljenih blokova stenske mase po konturi iskopa, sprečavaju se uvećani dotoci vode i znato se smanjuju naročito uticaji atmosferilija

220

na površine otvorenih kosina. Na površine iskopa može biti prethodno ugradjena odgovarajuća žičana mreža, preko koje se nabacuje torkret. Žičana mreža tada služi kao armatura.

Torkret najčešće ima zadatak da osigura privrmenu stabilnost iskopa ili kosine. U nekim slučajevima debljina torkreta je tolika da on preuzima i ulogu trajne podgrade iskopa.

Postoje dva načina izvodjenja tokreta. Kod suvog postupka mešavina cementa i agregata, posredstvom vazdušne struje stiže suva do prskalice, gde se meša sa vodom pa tek potom nabacuje na planiranu površinu. Drugi postupak je kada se mešavina cementa, vode i agregata željenog vodocemntnog faktora unapred priprema, potom se kao takva mešavina pumpa kroz crevo i pod pritiskom prskalicom nanosi na površinu koja se torkretira.

U oblasti geotehničkih melioracija, koristi se: kao zaštitni sloj od atmosferskih uticaja, kao čvrsta betonska masa koja povezuje blokove ispucalih stenskih masa na kosinama ili u podzemnim iskopima, za zatvaranje pojedinih šupljina u stenskoj masi, u pojedinim slučajevima se izvodi kao zamena za trajnu oblogu iskopa.

11.4. Dreniranje

Dreniranje je postupak poboljšanja svojstava terena koji se ostvaruje tako što se kontrolisano odvodi podzemna vode. Odovodjenje vode se vrši drenažnim objektima. Najčešće se primenjuju sledeće vrste drenažnih objekata:

• drenažni rovovi (zatvoreni ili otvoreni, zavisno od dubine do koje treba izvršiti dreniranje);

• drenažne bušotine ili bunari (različite orijentacije, prečnika i dr.);• drenažni tepisi ili zastori (horizontalni, vertikalni, kosi); obično su na kontaktu

objekta sa terenom, ili na mestima izbijanja podzemnih voda na površinu terena;

• drenažne trake.

Drenaže se često izvode. Razlog je u činjenici da se njima postižu značajna poboljšanja svojstava terena, jednostavno se izvode i relativno su jeftine. Drenaže se najčešće ugradjuju u prethodno iskopane rovove, u horizontalne drenažne bušotine, iza potpornih zidova i dr. Otežavajuća okolnost pri formiranju subhorizontalnih drenova na datoj slici je upravo njihov prostorni položaj. Kada bi isti bili vertikalni to ne bi bio ozbiljniji problem. Za formiranje subhorizontalnih drenova neophodno je primeniti specijalne tehničko-tehnološke postupke koji se odnose kako na metod utiskivanja zaštitnih kolona, formiranja drena u tim kolonama, kao i postupak vadjenja zaštitnih kolona, a da se pri tome dren sačuva neoštećen.

221

Sl.11.4 . Horizontalni drenovi u bunaru, klizište Most Slobode, Novi Sad, projektant dr R.Petrović

Projektovanje drenažnih objekata zahteva precizno poznavanje prirodnog režima izdani u terenu, kako bi se moglo realno predvideti dejstvo dreniranja, odnosno da bi mogao da se primeni najpovoljniji tip trenaže i tehnički detalji svakog elementa pojedinačno i sistema dreniranja u celini. Izvodjenjem drenaža treba da se postigne optimalno dejstvo, bez negativnih posledica na teren i objekte u zoni uticaja drenažnog sistema. To znači da se pri izradi drenaža moraju poštovati odredjeni kriterijumi, pravila. Za prašinasto peskovite sedimente "filtarska pravila" su sledeća: (d15)filtra<5(d85)stenske mase; odnosno (d15)filtra>5(d15)stenske mase; granulometrijske krive filtra i stenske mase treba da su približno paralelne (drenažni filtarski materijal ima funkciju da spreči sufoziono iznošenje sitnijih čestica iz prirodnog tla). Kada se dati kriterijumi ne mogu da zadovolje jednoslojnim filtrom, tada se drenaže rade u više slojeva. Ako je drenaža ugradjena u rovu, oko drenažne cevi, tada je oko cevi krupnozrniji filtarski sloj, a prema prirodnoj stenskoj masi sve sitnozrniji filtarski materijal. Zadnjih godina se često u iskope-rovove ugradjuje geotekstil. Njime se praktično oblaže iskop. Ostali deo se zapunjava drugim filtarskim materijalom (šljunak, pesak, lomljeni i drobljeni kamen). Geotekstil ima zadatak da spreči unošenje sitnih čestica u drenažni sloj.

222

223

12. FAZE I CILJEVI GEOTEHNIČKIH ISTRAŽIVANJA TERENA ZA OBJEKTE

Geotehnička istraživanja se izvode za sve značajne objekte. Koja vrsta istražnih radova će se izvesti i u kom obimu, najviše zavisi od karakteristika objekta za koji se istraživanja izvode (vrste, veličine, njegovih specifičnosti i dr.); geološke gradje terena; i faze projekta. Istraživanja terena su proces, koji traje kroz više faza istraživanja i projektovanja, a za značajne i velike objekte traje i u toku njegove eksploatacije. Svaku fazu istraživanja karakteriše analiza prethodne dokumentacije, realizacija istraživanja po projektu i izrada elaborata o rezultatima izvedenih istraživanja. Celokupni proces geotehničkih istraživanja je u saglasnosti sa osnovnim principima istraživanja (postupnosti, potpunosti, ravnomernosti i ekonomičnosti).

U ovom poglavlju su u suštini prikazani uobičajeni postupci geotehničkog projektovanja i istraživanja terena i to kroz sve faze koje taj proces prate. To je prikazano za tunele, brane, akumulacije, puteve i pruge, zgrade.

Naime, uobičajeno je, bar kad su u pitanju svi značajniji objekti, da se projektovanje izvodi fazno, a shodno tome i faze geotehničkih istraživanja. Ciljevi i zadaci svake faze geotehničkih istraživanja treba da zadovolje odgovarajuću fazu projektovanja, za koju su i istraživanja namenjena. Geotehnička istraživanja treba da ukupno gledano doprinose zadovoljenju stabilnosti i funkcionalnosti objekta, što konačno znači i pojeftinjenje objekta. Tako posmatrano nikada geotehnička istraživanja nisu samo troškovi, već i korist, analogno gradjevinskom projektovanju.

Geotehnička istraživanja su sva istraživanja i ispitivanja koja se izvode da bi se utvrdili sastav i svojstva stenskih masa, takodje da bi se precizirala stanja geološke sredine-terena u prirodnim uslovima i onim koji će nastupiti dok se gradi objekat i po njegovoj izgradnji. Po pravilu primenjuje kompleksna metodologija istraživanja i ispitivanja tj. veći broj metodoloških postupaka, koji se medjusobno dopunjuju.

Sa stanovišta geotehničkih istraživanja terena veoma važno je poznavanje vrste i obima interkacijskog delovanja objekta i terena. Samo na bazi toga moguće je racionalno projektovanje istraživanja, kao i odredjivanje veličine prostora na kome će se istraživanja izvesti (makrolokacija, mikrolokacija).

Geotehnički radovi obuhvataju: geotehničko projektovanje; geotehnička istraživanja; izvodjenje bušenja svih vrsta; iskope u terenu; mere poboljšanja svojstava terena; izradu projekata fundiranja svih objekata i izvodjenje temelja objekata svih vrsta.

224

Ovako definisani geotehnički radovi su predodredili i oblasti i delatnosti u domenu geotehnike.

Interakcijsko delovanje, teren-objekat i obrnuto podrazumeva uzajamno delovanje objekta kao veštačke konstrukcije na teren kao prirodnu konstrukciju i obrnuto. Kolika je ta zona u terenu, u kojoj je izražen medjusobni uticaj, zavisi od vrste, specifičnosti i dimenzija objekta, a takodje od svojstava i stanja stenskih masa u sklopu terena.

Makrolokacija objekta je relativno veliki prostor u kome je na više mikrolokacija moguće izgraditi planirani objekat. Kada je ovako definisan pojam makrolokacije vrlo je jasno zašto nekada treba istraživanja izvoditi i na širem području, a ne samo na mikrolokaciji objekta. Nekada su uticaji prirodnih procesa, koji se dogadjaju relativno daleko od mirkolokacije, od velikog praktičnog značaja i na samoj mirkolokaciji. I u tom slučaju istraživanja šireg područja su od važnosti.

Pod mikrolokacijom objekta podrazumeva se lokacija objekta (jedna ili više alternativnih) kojom je definisano mesto objekta u celini i svi njegovi glavni delovi.

Cilj geotehničkih istraživanja je da se na bazi geotehničkih podloga izaberu optimalna tehnička rešenja objekta.

Zadatak istraživanja je da se primenom kompleksne metodologije istraživanja definišu: sastav, svojstava i stanja stenskih masa i terena i da se tako obezbede potrebni geotehnički podaci koji su relevantni za rešenje ciljeva istraživanja.

Faze istraživanja i projektovanja

Kod svih većih objekata gradjevinsko projektovanje se izvodi po fazama. Shodno tome razvilo se i geotehničko projektovanje i istraživanje. Ta dva procesa čine logičnu, neodvojivu, celinu. Za male i jednostavne gradjevinske objekte mogu se raditi samo glavni gradjevinski projekti koji se kao takvi i izvode. Istraživanja terena za njih su po pravilu malog obima, često ona predstavljaju reinterpretaciju postojećih podataka o terenu.

Za velike i komplikovane objekte (brane, akumulacije, dugački tuneli, velika podzemna skladišta i dr.) proces projektovanja i shodno tome istraživanja odvija se po fazama. Zadaci istraživanja u svakoj fazi proizilaze iz zadataka projekta. Podaci koji se istraživanjima dobiju služe za adekvatno rešenje ciljeva gradjevinskog projekta. Istraživanja u svakoj fazi treba da budu izvedena tako da njihovi rezultati obezbede izvršenje zadataka projekta te faze sa potpunom pouzdanošću. Rezultati sledeće faze istraživanja treba da predstavljaju dopunu prethodne, a ne njenu negaciju.

Geotehničko projektovanje i istraživanje prethodi izradi odgovarajuće faze gradjevinskog projekta. Moguće je zbog kratkog roka, za izradu projektne dokumentacije, uporedo raditi istraživanja terena i gradjevinski projekat, ali i tada geotehničke podloge, bar u preliminarnoj formi, moraju biti dostupne projektantu gradjevinskog dela projekta.

Celokupan proces projekovanja čine sledeći projekti:♦ osnovni projekat,♦ investicioni program izgradnje,♦ idejni projekat,♦ glavni projekat,♦ detaljan projekat - projekat prilagodjavanja,♦ projekat izvedenog stanja

225

♦ projekat osmatranja, eventualno-projekat rušenja.

Osnovi projekat ima za cilj da se u njemu sagledaju sve potencijalne mogućnosti iskorišćenja većeg broja alternativnih makrolokacija objekta. Sa gledišta geoloških istraživanja, osnovnim projektom se obuhvata najširi istražni prostor, npr. za brane i akumulacije, počev od šireg regiona, područja susednih slivova, zatim samo slivno područje reke na kojoj se planira izgradnja brane i akumulacije.

Investicioni program predstavlja dokumentaciju kojom se, na osnovu društvenih, prostornih i urbanističkih uslova, sagledava opravdanost izgradnje investicionog objekta. To je dokumentacija u kojoj se, na bazi prethodnih istraživanja, analizira više varijantnih rešenja, pa se tek nakon tehničkih, tehnoloških i ekonomskih analiza i uporedjenja, vrši izbor najpovoljnije varijante. Za odabranu varijantu detaljnije se obradjuju investicioni troškovi po vremenu i dinamici ulaganja, ukupnim vrednostima i efektima. Istraživanja geološke sredine za ovu fazu treba, prema tome, da omoguće da se sa potrebnom tačnošću prognoziraju troškovi izgradnje i eksploatacije objekta, kao i očekivani efekti te eksploatacije. Pri tome se naravno ne traži apsolutna tačnost procene troškova.

Idejni projekat ima za cilj da se njime razradi više varijantnih rešenja, da se ona tehnički i ekonomski medjusobno uporede, da se predloži najbolje. Geotehnička istraživanja za ovu fazu projekta su detaljna i sveobuhvatna. Treba da su dobra osnova za uporedne analize varijanti i izbor najbolje. To znači da istraživanja treba da su ravnomerno rasporedjena, da su dovoljno detaljna i kvalitetna za donošenje prave odluke.

Glavnim projektom se razradjuje prethodno usvojeno varijantno rešenje objekta. Sadrži sve potrebne proračune, detaljna dimenzionisanja, tehnologiju i organizaciju gradjenja, detaljan predmer i predračun radova, saglasnosti nadležnih organa i službi. Geotehnička ispitivanja se izvode na mikrolokacijama svih objekata koji čine celinu objekta. Njihov obim, vrste i detaljnost saglasni su zahtevanim ciljevima i zadacima. Istraživanja treba da su ekonomski opravdana, ali i da budu dovoljno dobra geotehnička podloga za glavni gradjevinski projekat.

Detaljnim projektom se vrše izmene i dopune glavnog projekta. Te dopune mogu proisteći iz izmena u gradjevinskom delu projekta, ili zbog potrebe prilagodjavanja objekta stvarnim terenskim uslovima koji se utvrdjuju tek za vreme izgradnje. Kod pojedinih vrsta objekata (brane, podzemni objekti, klizišta i dr.) skoro uvek se javlja potreba za tim prilagodjavanjima. Istraživanja se vrše pregledom iskopa, osmatranjem i detaljnim merenjima.

U projektu izvedenog stanja su svi detalji objekta, onako kako su oni stvarno izvedeni, sa posebno obradjenim izmenama i dopunama u odnosu na glavni projekat i objašnjenjima uzroka koji su do tih dopuna i izmena doveli. Služi kao podloga u slučaju intervencija na objektu ili u njegovoj podlozi u fazi eksploatacije objekta. Ovaj projekat bi trebao da sadrži i registraciju stanja geoloških uslova, po završetku gradnje i svih istraživanja i ispitivanja koja su to pratila.

Projekat osmatranja objekta i odredjenih procesa u geološkoj sredini (kolebanja NPV, sleganje podloge i objekta, inklinometarska pomeranja, stabilnost kosina i prirodnih padina, seizmička ispitivanja i dr.) redovno se realizuju samo kod velikih i složenih objekata, npr. kod brana i akumulacija.

226

Projektovanje geotehničkih istraživanja

Geotehnička istraživanja se izvode planski, saglasno projeku istraživanja. Shodno zakonskoj regulativi, projekte rade odgovarajuće institucije-stručne firme i pojedinci koji imaju položen stručni ispit. Izrada projekata geotehničkih istraživanja terena, tj. projektovanje istraživanja, je veoma složen i stručan posao koji podleže tehničkoj kontroli od strane druge radne organizacije, koja i sama ispunjava uslove za njihovu izradu. Projektom geotehičkih istraživanja treba definisati:

• vrste, obim i kvalitet istraživanja i ispitivanja;• mikrolokacije svakog konkretnog terenskog rada, • vrstu i kvalitet uzorka za laboratorijska ispitivanja, standardi po kojima se opiti izvode i dr.• specifikaciju troškova geotehničkih istraživanja;• vreme trajanja istraživanja i izrade geotehničke dokumentacije. Sadržaj projekta geotehničkih istraživanja terena je precizno definisan. On sadrži

potrebnu opštu dokumentaciju o firmi i stručnim licima koja su uradila projekat, a pored toga tekstualni deo i potrebne grafičke priloge. Načelni sadržaj tekstualnog dela projekta geotehničkih istraživanja je sledeći:

1. Uvod 2. Pregled ranije izvedenih istraživanja terena sa zaključkom o stepenu istražensoti

2.1. Pregled korišćene dokumentacije 2.2. Rezultati dosadašnjih istraživanja 2.3. Zaključak o stepenu istraženosti

3. Projektna rešenja procesa geotehničkih istraživanja 3.1. Bitni problemi koje istraživanjima treba rešiti 3.2. Koncepcija istraživanja

4. Vrste i obim projektovanih istražnih radova 5. Tehnički uslovi izvodjenja istražnih radova

5.1. Opšte odredbe 5.2. Specijalni tehnički uslovi

6. Dinamika izvodjenja istražnih radova 7. Predmer i predračun projektovanih istražnih radova 8. Mere HTZ-a pri izvodjenju istražnih radova 9. Stručni geotehnički nadzor nad izvodjenjem istraživanja 10. Zaključak

Pored tekstualnog dela, projekat obavezno sadrži potrebnu grafičku dokumentaciju-priloge. Osnovne priloge čini plan i profil terena, ili više njih, na kojima su naneti najvažniji rezultati prethodnih istraživanja terena i novoprojektovani istražni radovi. U pojedinim slučajevima, kada o predmetnom terenu nema dovoljno neophodnih geotehničkih podataka o terenu, za potrebe izrade projekta geotehničkih istraživanja neophodno je izvršiti reambulaciju terena, eventualno i manji obim terenskih istraživanja. Na karti se označavaju lokacije svakog istražnog rada, a na profilu lokacije svakog rada i njihove dubine.

227

Sva poglavlja projekta geotehničkih istraživanja su od značaja. Ipak, najvažniji delovi su poglavlja: treće, četvrto i peto. U trećem poglavlju su prikazani osnovni elementi objekta, takodje problemi koje treba rešiti da bi se postigli željeni ciljevi i zadaci istraživanja. Kako će se sve to ostvariti dato je u poglavlju koncepcija rešenja problema istraživanja. U poglavlju 4. projektuju se vrste i obim svih istražnih radova, njihov obim, mikrolokacija svakog od njih, precizira se šta treba da se dobije svakim tim radom. Kvalitet istraživanja i ispitivanja preciziran je uputstivma za pojedine radove (geološko i inženjerskogeološko kartiranje terena i dr.), a ispitivanja se takodje moraju izvoditi po odredjenim pravilima-standardima. U projektu se navode nazivi i brojevi tih standarda za sva ispitivanja i dužnost izvodjača istraživanja je da se njih pridržava.

Sadržaj geotehničkog elaborata

Geotehnički elaborat predstavlja završni izveštaj o rezultatima istraživanja. Faktički, to je završni deo procesa koji je započeo geotehničkim projektovanjem, nastavio se izvodjenjem projektovanih istraživanja i završio izradom geotehničkog elaborata.

Svaki geotehnički elaborat ima tekstualni deo i grafičku dokumentaciju-priloge. U opštoj dokumentaciji prilažu se odgovarajuće potvrde o pogodnosti firme i pojedinca, koje je propisao zakon.

U elaboratu su, po pravilu, obavezno sledeća osnovna poglavlja:1. Uvod2. Prikaz izvedenih istražnih radova

2.1. Prethodni radovi2.2. Radovi po projektu

3. Prikaz rezulatat istraživanja terena3.1. Geomorfološka svojstva terena3.2. Geološka gradja terena

3.2.1. Litološki sastav terena3.2.2. Starost stenskih masa3.2.3. Tektonska svojstva terena

3.3. Hidrogeološka svojstva terena3.4. Fizičko-mehanička svojstva uzoraka i stenskih masa3.5. Savremeni geološki procesi i njihove tvorevine

4. Analiza geotehničkih uslova izgradnje i eksploatacije objekta5. Zaključak

Slično kao i kod projekata geotehničkih istraživanja, tako i sva poglavlja elaborata doprinose tome da izveštaj o izvedenim rezultatima bude valjano uradjen. I pored takvog stava može se reći da u elaboratu centralno mesto zauzimaju poglavlja koja se odnose na rezultate istraživanja i ispitivanja i poglavlje u kome su prikazane analize geotehničkih uslova izgradnje.

U poglavlju - rezultati geotehničkih istraživanja - daje se izveštaj o svim rezultatima istraživanja i ispitivanja. Obzirom da su istraživanja i ispitivanja izvedena po projektu istraživanja, u skladu sa odgovarajućim normama i standardima, to su i rezultati takvi da oni imaju jednoznačnu vrednost. Drugim rečima, može se govoriti o kvalitetu i merodavnosti uzoraka za ispitivanje, a nikako o tome da li su podaci koji su proizašli iz ispitivanja dobri. Isto tako može se govoriti o izboru mernih mesta, odabiru

228

reprezentativnih izdanaka, kvalitetu dobijenog jezgra i dr., a ispitivanja koja su na njima izvedena treba da su zadovoljavajuća, jer se podrazumeva da ih je izvelo stručno lice.

U poglavlju - geotehnički uslovi izgradnje objekta - daju se potrebne analize i proračuni, na bazi rezultata istraživanja i ispitivanja. Tako npr. za objekat visokogradnje, svakako najvažnije analize se odnose na dozvoljenu nosivost terena, sleganje terena i objekta, uslove iskopa temeljne jame, eventualno sniženje nivoa podzemnih voda i dr. Za potrebe akumulacije naročito važna je vododrživost akumulacionog basena i dr. Za podzemni objekat naročito su važna poglavlja: privremena i stalna stabilnost iskopa i objekta, uslovi iskopavanja, uslovi dreniranja, uslovi ventilacije i dr.

Grafička dokumnetacija-prilozi su u većini geotehničkih elaborata brojni, nekada su i višestruko brojniji od broja stranica teksta. Osnovni prilozi su: inženjerskogeološke karte i profili; profili istražnih bušotina, jama, okana, potkopa i dr.; zapisnici laboratorijskih opita; profili pijezometara i bunara; grafički prilozi raznih merenja, analiza i dr.

Istražni prostor

Skup svih tačaka, ili mikrolokaliteta, u kojima se izvode geotehnička ispitivanja čini istražni prostor. Ovako definisan istražni prostor obuhvata sva merna mesta na površini terena i u podzemlju. Na površini ispitivanja se izvode na svim dostupnim otkrivenim izdancima stenskih masa, a ispod površine na celokupnom jezgru bušotina, u bušotinama, u galerijama, oknima, tunelima i dr. Iz istražnog prostora uzimaju se uzorci za labortorijska ispitivanja i na istim izvode potrebni opiti. Postavlja se opravdano pitanje, koliko područje u terenu se može poistovetiti sa odredjenim rezultatom laboratorijskih ispitivanja? Veći značaj se daje opitima koji se direknto izvode u terenu, a ne u laboratorijskim uslovima. Zasigurno, ni u kom slučaju se ne umanjuje značaj laboratorijskih ispitivanja, pogotovu pojedinih koja se jedino u laboratorijskim uslovima mogu i izvoditi, ali se sugeriše na neophodnost da se mora izvoditi stručno prihvatljiva ekstrapolacija rezultata sa uzorka na teren.

Osnovna geotehnička dokumentacija na kojoj je prikazan istražni prostor je geotehnička karta i geotehnički profil terena. Karta je situaciona osnova, odredjene razmere (na površini terena, ili npr. na nekom horizontu u podzemlju), a profil vertikalni ili drugi presek terena od površine do dubine do koje se ispitivanja izvode. Prema tome istražni prostor je definisan kartom i profilom terena.

Zadaci istraživanja

Zadatak svih geotehničkih istraživanja je da se njima prikupi dovoljan fond podataka o stenskim masama, njihovim svojstvima i terenu uopšte, da bi se na osnovu toga rešili postavljeni ciljevi istraživanja. Generalno posmatrano, skoro za sve objekte, zavisno od toga za koju fazu projekta se istraživanja izvode, potrebno je definisati sledeće:

• karakteristike reljefa terena (morfometrijski elementi, tj. nagibi površine terena, njihova raznovrsnost i veza sa geološkom gradjom; morfogenetske karakteristike, tj. geneza pojedinih reljefnih oblika, aktivnost geomorfoloških procesa, veza reljefa sa neotektonskom aktivnošću);

• geološku gradju terena (litološki sastav, starosti, sklop; • alteracije stenskih masa ;

229

• strukturna svojstva stenskih masa: ubranost, izrasedanost, ispucalost i dr.;• prisustvo i stepen aktivnosti savremenih geoloških procesa (neotektonska

aktivnost i seizmički procesi, geotermski procesi i pojave, a naročito egzogeni procesi i pojave-klizanje, erozija, jaružanje, odronjavanje, zabarivanje, sufozija i dr.);

• stanja i svojstva podzemnih voda (hidrogeološke funkcije stenskih masa, karakteristike i položaj izdani, strukturni tip, režim nivoa podzemne vode, pravci i brzine kretanja voda, uslovi prihranjivanja i pražnjenja, vodopropustljivost stenskih masa i uslovi dreniranja, hemizam i temperaturne karakteristike podzemnih voda i dr.);

• fizičko-mehanička svojstva stena i stenskih masa;• naponsko stanje u terenu.Vrlo često, za pojedine specifične vrste objekata i terena, treba rešavati i neke

specifične zadatke.

Metode istraživanja i ispitivanja

Za rešavanje postavljenih ciljeva i zadataka istraživanja za objekte, primenjuje se veliki broj različitih metodoloških postupaka. Koja od metoda će se primeniti, kao i obim istražnih radova, zavisi od specifičnosti terena i objekta, a takodje i od faze projekta. Sva istraživanja i isitivanja mogu se grupisati u četiri grupe i to:

∗ kabinetska istraživanja;∗ terenska istraživanja i ispitivanja;∗ laboratorijska ispitivanja;∗ modelska ispitivanja.U poglavlju inženjerskogeološka istraživanja, detaljno su prikazane pojedine

metode istraživanja i ispitivanja. Ovde su samo nabrojane metode koje se koriste pri istraživanjima terena za potrebe planiranja, projektovanja, izgradje i eksploatacije objekata. Naravno da se ne koriste sve metode za svaki objekat. Koja od metoda će se primeniti zavisi najviše od postavljenih ciljeva i zadataka, koje istraživanjima treba rešiti u pojedinim fazama projekta. Načelno posmatano, može se govoriti o tome da se u pečetnim fazama projekta i istraživanjima za njih, više primenjuju metode koje baziranju na kvalitativnim svojstvima, a u završnim metode koje imaju više kvantitativnih elemenata.

Kabinetske metode ispitivanja su sledeće: - Analiza raspoložive dokumentacije (geološke, geofizičke, seizmološke, geodetske i dr.); - Metode daljinske detekcije (analiza satelitskih snimaka, analiza aerosnimaka, analiza terestičkih snimaka); - Kompleksna geomorfološka analiza (kvantitativna i kvalitativna analiza); - matematičke metode;Terenska istraživanja i ispitivanja obuhvataju sledeće: - Geološko kartiranje terena (regionalno i detaljno); - Inženjerskogeološko i hidrogeološko kartiranje terena (regionalno i detaljno); - Detaljno inženjerskogeološko kartiranje iskopa svih vrsta; - Metode geofizike (seizmičke, geoelektrične, karotažne). U specijalnim slučajevima geomagnetske metode i radarska ispitivanja bušotini);

230

- Istražno bušenje i ispitivanje jezgra i zidova istražnih bušotina; - Istražni iskopi (plitki: raskrivke, rovovi i jame; duboki: okna, bunari i istražne galerije; - Metode za ispitivanje filtracionih svojstava ( metoda Lugeon-a; metoda Lefranc-a; ispitivanja u istražnim bunarima i dr. ); osmatranja režima podzemnih voda; metode kojim se odredjuje pravac i brzina kretanja podzemnih voda-traserska ispitivanja; - Metode ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava stenskih masa i naponskih stanja,

a) metode eksperimentalnog odredjivanja modula elastičnosti i modula deformabilnosti (metoda hidrauličkog jastuka; metoda hidrauličke raspinjače; probna komora; radijalna presa i sonadažni dilatometar);

b) metode ispitivanja mehaničkih čvrstoća (ogled smicanja u velikoj razmeri; terenski ogled smicanja po pukotini; terenski ogled klizanja u velikoj razmeri; metode penetracije);

c) metode istraživanja naponskih stanja (metoda Oberti i U.S.Bureau of Reclamation; metoda Hoover; metoda Mayer-tincelin; metoda s centralnom bušotinom, metoda oslobadjanja napona jezgrovanjem u bušotini; dinamička metoda ispitivanja napona i dr. );

d) metode merenja podzemnih pritisaka (geodetske metode; odredjivanje veličine podzemnih pritisaka iz loma podgrade; direktno merenje intenziteta pritisaka, metoda hidrauličke dizalice; metoda limenog hidrauličkog jastuka; metoda pritisnih ćelija);

e) metode merenja pomeranja stenske mase u podzemnim iskopima (metode merenja konvergencije; ekstenzometarska merenja);

f) probna i kontrolna ispitivanja kod injektiranja i sidrenja - Statička pnenetraciona ispitivanja.

Laboratorijska ispitivanja obuhvataju, takodje, veoma veliki broj metoda. Najvažnija su sledeća: - Mineraloška, petrološka, sedimentološka i paleontološka ispitivanja uzoraka stena i tla; - Metode ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava uzoraka čvrstih stena i tla ;Modelska ispitivanja se izvode na:a) fizičkim modelima (fotoelastična metoda u ravni; fotoelastična metoda u

prostoru; fotoelastični lakovi; metoda tenzometrije na prostornim modelima; metoda krtih lakova);

b) matematičkim modelima (geostatički, geodinamički, hidrodinamički i dr.).

12.1. Geotehnička istraživanja za podzemne objekte

Sa razvojem naučnih dostignuća i tehničko-tehnološkim progresom naročito je porasla potreba da se grade mnogi podzemni objekti, npr. tuneli, metroi, podzemne bolnice, fabrike, sprortski objekti, pa i čitavi mali gradovi sa svim svojim gradskim funkcijma. Izgradnja nekih od navedenih objekata, kao npr. saobraćajnih tunela, je uslovljena potrebom savladjivanja prirodnih prepreka. Većina drugih objekata se gradji ispod površine terena zbog ekonomskih razloga, ograničenosti prostora na površini, potrebe povećane sigurnosti objekta i dr.

231

U savremenom projektovanju podzemnih objekata uglavnom se koriste tri pristupa: analitički, osmatrački i empirijski. Analitički pristup pruža dobre rezultate kada su tačni ulazni podaci. Ti ulazni podaci predstavljaju parametre svojstava stenskog masiva koji se često ne dobijaju direktnim ispitivanjima, što ovaj pristup uveliko ograničava. Osmatrački pristup se sastoji u praćenju ponašanja stenske mase i obloge, a empirijski pristup je zasnovan na iskustvu već izgradjenih tj. na klasifikacijama stenskih masa za podzemne objekte.

Svim poznatim postupcima klasifikovanja vrši se razvrstavanje stenskih masa u odredjene klase. Da bi se to postiglo potrebno je u većini tih postupaka odrediti nekoliko parametara, a samo mali broj postupaka, uglavnom manje pouzdanosti, je zasnovan na samo jednom parametru. Za izdvojene klase definiše se stabilnost iskopa i mere koje je potrebno da bi se stabilnost obezbedila. Iskustva pokazuju da je veoma važno rešiti i druge geotehničke probleme koji prate gradjenje podzemnih objekata, kao što su: uslovi iskopa, dreniranje, ventilacija i dr. Nekada ovi drugi problemi, mogu presudno da utiču na ekonomičnost gradjenja.

Specifičnosti podzemnih objekata u odnosu na one na površini

Podzemni objekti, u odnosu na nadzemne, imaju čitav niz specifičnosti. To se odražava kako na geotehnička istraživanja, tako i na njihovo projektovanje, izgradnju i eksploataciju. Kod podzemnih objekata je veoma izraženo interakcijsko sadejstvo prirodne i veštačke konstrukcije. Zbog takvog medjusobnog odnosa i njihove veoma intimne veze, potrebna je detaljna istraženost terena u cilju obezbedjenja stabilnosti iskopa i objekta, izbora najboljeg načina iskopa, dreniranja, ventilacije i dr.

Specifičnosti u projektovanju su i u tome što poseban značaj imaju završne faze projektovanja, naročito faza prilagodjavanja objekta konkretnim terenskim uslovima - tzv. detaljni projekat. Za razliku od projektovanja nadzemnih objekata, kada je u fazi glavnog projekta uglavnom sve rešeno što se tiče projektantskog dela, kod podzemnih objekata i posle završetka glavnog gradjevinskog projekta, tj. u fazi detaljnog projekta, vrše se često veoma bitne izmene i dopune. To je uslovljeno time što se najprecizniji podaci o stenskim masama i terenu, a koji su veoma bitni za podzemne objekte, mogu dobiti tek tokom iskopa objekta. Tada se gradjevinskim projektovanjem u stvari vrši prilagodjavanje objekta tim utvrdjenim geotehničkim uslovima. Na bazi svih rezultata istraživanja precizno se vrši definisanje granica kvazihomogenih zona u pogledu pojedinih fizičko-mehaničkih i drugih značajnih svojstava i definišu geotehničke klase iskopa. Zoniranje je značajno zato što se u celoj zoni, po pravilu, podgradjivanje iskopa vrši na isti način, tj. primenjuje se isti tip podgrade. Geotehnički uslovi izgradnje zavise kako od prirodne sredine tako i od pojedinih elemenata objekta, tehnologije iskopa i dr. Za svaki konkretan objekat treba posebno valorizovati, pojedinačno, najvažnije geotehničke uslove izgradnje, pa tek potom, posle zbirnog vrednovanja, ocenjivati kakvi su ukupni geotehnički uslovi. Tako npr. geotehnički uslovi izgradnje u velikoj meri mogu biti drastično pogoršani usled povećanog doticaja podzemnih voda u niskop, kakav je slučaj bio na pojedinim deonicama u tunelu "Križevići", na pruzi Zvornik-Tuzla.

Faze projektovanja i istraživanja za podzemne objekte

232

Planiranje i projektovanje podzemnih objekata se odvija u više faza. Broj faza, kao i osnovni ciljevi i zadaci projektovanja, koji se postavljaju u pojedinim fazama, nisu istovetni u svim Zemljia ma, ali se može reći i da te razlike nisu velike. U našim zakonskim propisima, podzemni objekti se manje tretiraju nego objekti niskogradnje i visokogradnje. Tako za objekte visokogradnje postoje dve zbirke propisa, u kojima su detaljno obuhćeni propisi za fazu idejnog i glavnog projekta, a za podzemne objekte ne postoji ni jedna zbirka tehničkih propisa.

Kod nas, u praksi projektovanja i gradjenja podzemnih objekata, obično se izvode sledeće faze:♦ studija izbora alternativnih lokacija,♦ investicioni program izgradnje,♦ idejni projekat,♦ glavni projekat,♦ detaljan projekat - projekat prilagodjavanja,♦ projekat izvedenog stanja.

Svakoj fazi projektovanja prethode odgovarajuća istraživanja terena. Ovo je uslovljeno uglavnom specifičnostima podzemnih objekata kod kojih, najčešće, deo stenske mase ima i ulogu konstrukcije objekta. Zbog toga je neophodno adekvatno istražiti teren u zoni sadejstva, često i znatno šire, da bi se dobili svi potrebni elementi za racionalno projektovanje.

Nemoguće je kod podzemnih objekata faze projektovanja odvojiti od faza istraživanja i obrnuto. Istraživanja i projektovanje čine jedinstven proces i utiču jedan na drugi. Samim tim istraživači terena i projektanti objekta moraju činiti jedinstven tim koji neposredno saradjuje u svim fazama. To je najčešće uslovljeno složenošću problema koje istraživanjima treba rešiti, a i zbog toga što se geotehnički uslovi mogu tačno utvrditi tek u fazi iskopa.

U pojedinim slučajevima, naročito ako se radi o objektima manjeg značaja, pojedine faze mogu biti izostavljene ili spojene. Projekat izvedenog stanja ne mora da se posebno radi ako u toku izvodjenja objekta nije bilo odstupanja od glavnog i detaljnog projekta.

U fazi izbora lokacije i razrade idejnih rešenja, istraživanja se izvode na većem području (makrolokaciji) ili na više mikrolokacija, pa se na kraju ove faze odabira najpovoljnija. Pretežno se prikupljaju kvalitativni podaci o terenu i manji obim kvantitativnih koji se mogu dobiti jednostavnim metodama istraživanja i ispitivanja. Ova faza spada u kategoriju osnovnih inženjerskogeoloških istraživanja.

Za potrebe investicionog programa vrše se detaljna inženjerskogeološka istraživanja na prethodno odabranoj mikrolokaciji. Njihov osnovni cilj je da omoguće objektivnu procenu troškova buduće izgradnje, pa se istražni radovi i usmeravaju na utvrdjivanje činjenica od kojih ti troškovi mogu najviše da zavise. Od istražnih radova, najčešće, se primenjuju metode inženjerskogeološkog kartiranja, istražno bušenje u relativno malom obimu i geofizička ispitivanja. Vrednosti fizičko-mehaničkih svojstava se obično samo procenjuju na osnovu literaturnih podataka ili analogije sa sličnim slučajevima izgradnje i istraživanja.

Za potrebe investiciono-tehničke dokumentacije (idejni i glavni projekat) izvode se obimna istraživanja i ispitivanja. Najveći obim geotehničkih istražnih radova se izvodi u fazi idejnog projekta.

U fazi idejnog projekta najčešće se izvode sledeća istraživanja:

233

detaljno inženjerskogeološko kartiranje terena i jezgra bušotina, istražno bušenje, geofizička ispitivanja i laboratorijska ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava. Ovim ispitivanjima se utvrdjuje litogenetski sastav terena, strukturna svojstva stenskih masa, stanje podzemnih voda, prognoza pojedinih parametara fizičko-mehaničkih svojstava stenskih masa, eventualno prognoza stanja prirodnih napona (na osnovu detaljnih strukturnih ispitivanja), vrši se klasifikovanje stenskih masa.

Istraživanja za glavni projekat predstavljaju, u suštini, nastavak i dopunu prethodne faze. Usmerena su na dobijanje onih podataka koji služe za preciznije rešavanje pojedinih tehničkih detalja, zatim za dobijanje pouzdanijih parametara mehaničkih i filtracionih svojstava stenskih masa, a eventualno i parametara prirodnih napona. Faktički vrši se pogušćavanje istražnih radova, uz dodatak pojedinih detaljnijih ispitivanja. U ovoj fazi, samo ponekad, izvodi se istražna galerija-potkop. U tim iskopima izvode se najdetaljnija ispitivanja i vrlo raznovrsna merenja: deformacionih i otpornih karakteristika stenskih masa, merenja primarnih i sekundarnih napona, ispucalosti stenske mase i dr.

Istraživanja u toku izgradnje objekta su vrlo važna faza, jer se mogu na licu mesta u prirodnoj razmeri 1:1, utvrditi sva bitna svojstva i stanja stenskih masa i terena i na bazi njih često treba izvršiti dopunu projektnih rešenja. Sva istraživanja, kao i izmene i dopune projektne dokumentacije, čine sadržaj te faze projekta. Nekada se u procesu prilagodjavanja vrši faktički poskupljenje cene objekta, jer to terenski uslovi zahtevaju, a vrlo često pojedina rešenja doprinose pojeftinjenju. Pojedina važna svojstva i stanja stenskih masa i terena se najlakše i najpouzdanije mogu utvrditi baš kada se iskop izvodi. Tada se ispitivanja, ili pojedini važni opiti, mogu izvoditi u iskopu za objekat, ili u sporednim, zato namenjenim prostorijama. Sa mnogo manjim obimom istražnih radova, nego kada ispitivanjaima nebi bio dostupan iskop, mogu se dobiti potrebni podaci i odabrati dobro projektno rešenje objekta. Isto tako granice pojedinih kvazihomogenih zona iskopa, najpreciznije se mogu izdvojiti pregledom zidova iskopa. To znači da se dužine projektovanih tipova podgrade, mogu precizno odrediti tek u fazi iskopa-izvodjenja objekta.

U fazi iskopa-izvodjenja objekta, skoro uvek na pojedinim deonicama nastupaju specifični problemi koji se u fazama istraživanja i projektovanja, pre iskopa, nisu mogli predvideti, ili se nisu mogle predvideti tačne stacionaže ili deonice iskopa u kojima će oni nastupiti. Takvi slučajevi (ispadanje pojedinih blokova stenske mase iz svoda ili zidova; iznenadni prodori podzemne vode; pojave rasednih zona loših karakteristika; pojave bubrenja stenske mase i suženje profila iskopa; pojave štetnih gasova; loši učinci rada mašinama za iskop na pojedinm deonicama i dr.), često moraju da se rešavaju u fazi izgradnje objekta i to mora biti predmet detaljnog projekta.

U iskopima se najčešće izvodi:• detaljno kartiranje iskopa;• ispitivanje ispucalosti i drugih ruptura;• isptivanje deformacije profila i deformacija stenske mase u zoni oko iskopa;• ispitivanje deformabilnosti i mehaničkih čvrstoća stenskih masa;• ispitivanje prirodnih napona i sekundarnih napona izazvanih iskopom za objekat;• ispitivanje nosivosti ankera i raspodele sile u ankerima;• ispitivanje efekata miniranja;• merenje sleganja na površini terena i okolnim objektima;

234

• praćenje promene režima podzemnih voda u zoni objekta i sl.

Ciljevi istraživanja

1) Stabilnost iskopa i objekta - Privremena stabilnost podzemnih iskopa predodredjuje ponašanje iskopa do ugradnje

trajne podgrade (uticajni faktori su: ispucalost i naponi; fizičko-mehanižka svojstva stena; podzemne vode; veličina profila; izbor tehnologije iskopa; razrada profila; dužina nepodgradjenog dela objekta i vreme od iskopa do podgradjivanja; pojave lokalnih nestabilnosti-labilni blokovi; podzemni pritisci; višak profila; zona plastifikacije oko tunela; mere osiguranja stabilnosti; kontrolna merenja i osmatranja ponašanja iskopa i dr.).

- Trajna stabilnost podzemnih objekata iziskuje primenu odgovarajuće podgrade koja će obezbediti sigrunost i objekta i opreme u objektu. Samo za manji broj objekata i to u specifičnim slučajevima, kada je obezbedjenje stabilnosti objekta relativno jednostavno ili je iskop stabilan bez ikakve podgrade, može u prvom planu biti i neki drugi dominantan cilj istraživanja. Radi pravilnog rešenja stabilnosti podzemnog iskopa, neophodno je znati šta se dešava po konturi iskopa i dalje u terenu. Kada se izvede iskop u heterogenoj i anizotropnoj sredini, odredjenog poprečnog profila i odredjene dužine, nastupaju izvesne promene u terenu. One se sastoje u tome da se usled iskopa menja primarno naponsko stanje i da nastupa tzv. sekundarno naponsko stanje, u zoni oko iskopa. Stenska masa teži da se prilagodi tim izmenama, pa se dešavaju pomeranja stenskih masa prema iskopu.

Kada je iskop u povoljnim stenskim masama, ta pomeranja su relativno mala, mogu se praktično zanemariti i po pravilu stabilnost iskopa je obezbedjena. Lokalno mogu biti nestabilni samo pojedinačni blokovi omedjeni pukotinama povoljne orijentacije u smislu mogućnosti njihovog ispadanja u iskop. Kada sredinu, u kojoj je iskop, čine nepovoljne stenske mase, pomeranja u iskopu su takva da teže da ga delimično, ili potpuno zatvore. Tada se pomeranjima stenskih masa mora suprotstaviti potrebnom podgradom (drvena podgrada, čelične remenate, žičana mreža i torkret, beton ili armirani beton, ankeri i dr.). Pritisci koji deluju na podgradu nazivaju se podzemni pritisci.

Istraživanja terena za podzemne objekte imaju za cilj da se na osnovu podataka o terenu, objektu i njihovom sadejstvu, obezbedi potrebna stabilnost i funkcionalnost objekta uz minimum troškova. Ciljevi su mnogobrojni i najviše zavise od specifičnih lokalnih uslova terena i objekta koji se gradi. 2) Uslovi i način iskopavaja stenskih masa predodredjuju svojstva terena kao radne

sredine (otpor stenskih masa prema kopanju, izbor tehnologije iskopa, izbor opreme i sredstava za iskop, mašine i alati za bušenje, vrsta eksploziva, šema miniranja, procena učinaka iskopavanja i dr.).

3) Jedan od ciljeva je i da se utvrde pojave podzemnih voda i njihov uticaj na uslove gradjenja i eksploatacije objekta (prognoza pojave podzemnih voda; prodor velikih količina voda-zaštita ljudstva i opreme; uticaj vode na fizičko-mehanička svojstva stena, posebno onih koje su osetljive na dejstvo vode kao što su glina, lapor, les, milonit i druge; pritisci podzemnih voda na oblogu podzemnog objekta; agresivno dejstvo pozemne vode na ugradjene materijale; zaštita od trajnog delovanja podzemnih voda-drenaže i hidroizolacija; i dr.).

235

4) Utvrdjivanje prisustva i pojava štetnih gasova (prognoza pojave otrovnih, zagušljivih i eksplozivnih gasova ; registracija tih gasova; tehnologija rada u uslovima gasnog režima; kriterijumi za uvodjenje ili ukidanje gasnog režima; geološki preduslovi za pojave gasova).

Manje značajni ciljevi su:• Izbor lokacije podzemnog objekta, ili izbor jedne od više alternativnih, kao i prilagodjavanje trase i nivelete podzemnog objekta lokalnim geotehničkim uslovima, je jedan od prvih geotehničkih postupaka. Sigurno se može tvrditi da su neke vrste stena bolje za izgradnju podzemnih objekata, a neke lošije. Pri takvoj selekciji, samo po petrološkoj vrsti, treba biti voma oprezan, jer veoma često i one stenske mase koje su idealne za izgradnju podzemnih objekata, mogu u pojedinim deonicama ili u pojedinim specifičnim geološkim uslovima, pričiniti izvanredno mnogo problema. Teškoće mogu nastupiti pre svega u deonicama koje su intenzivno oštećene usled tektonskih procesa koji prate egzistenciju zemljine kore, u deonicama u kojima mogu biti: izvanredno veliki doticaji podzemnih voda, pojave gasova, povišeni podzemni pritisci, bubrenje stenskih masa i dr.

• Uslovi izgradnje portalnih delova• Uslovi iskorišćenja iskopanog materijala • Analiza uticaja izgradnje podzemnog objekta na okolni teren i objekte • Utvrdjivanje sadejstva skladišnih materija u podzemnim objektima na teren i obrnuto, terena na skladišne materije • Uticaj ratnih dejstava na podzemni objekat.

12.2. Geotehnička istraživanja za hidrotehničke objekte

Hidrotehnički objekati se grade na vodenim tokovima, a služe za obezbedjenje električne energije, vode za vodosnabdevanje naselja, za navodnjavanje i dr. Najčešće ih čini veći broj funkcionalno povezanih objekata. Sa stanovišta poteba za geotehničkim istraživanjima, svakako, su najznačajniji: brane, akumulacije, tuneli (dovodni, optočni i dr.), mašinska zgrada hidroelektrane, kanali, cevovodi i dr. Naročito detaljna istraživanja su za brane i akumulacije. Dva su najbitnija razloga za to. Prvi je da brana mora biti sigurna, da ne dodje do havarija i nastanka poplavnog talasa koji bi izazvao katastrofalno negativne posledice. Drugi je u činjenici da akumulacioni basen mora biti vododrživ, da bi se moglo formirati akumulaciono jezero.

Za potrebe projektovanja brana i akumulacija neophodne su detaljne sveobuhvatne geotehničke podloge. To znači da je neophodno primeniti kompleksnu metodologiju istraživanja i ispitivanja po svom sadržaju (geomorfološka, litostratigrafska, strukturna, seizmička, hidrogeološka, ispitivanja u oblastima mehanike tla i mehanike stena, matematičko modeliranje sadejstva objekta i terena i dr. ). Cilj svih tih istraživanja i ispitivanja je da se obezbede neophodni podaci o svojstvima geološke sredine, koji su neophodni za izbor optimalnih tehničkih rešenja objekta. Tehnička rešenja objekta, njegova sigurnost i ekonomičnost gradjenja, umnogome zavise i od rezultata i kvaliteta istraživanja i

236

ispitivanja terena. Koliki je obim tih istraživanja dovoljan teško je propisati, promenljiv je od objekta do objekta, a zavisi od sledećeg:

• sastava, svojstava i stanja stenskih masa i terena, uključujući složenost i stepen prethodne istraženosti;

• karakteristika objekta (vrsta, dimenzije, funkcija, specifična tehnička rešenja i dr.);

• faze projektovanja.

Faze projektovanja i geotehničkih istraživanja

Istraživanja terena za brane i akumulacije se uvek izvodi fazno, od početnih faza kad se planira izgradnja, pa sve do izgradnje i oskultacionih merenja u eksploataciji. Geotehnička istraživanja i gradjevinsko projektovanje se uvek izvode sinhronizovano, medjusobno uskladjeno i čine celinu jedinstvenog procesa koji vodi tome da se upešno izgradi objekat.

Osnovne faze istraživanja i projekovanja su:♦ osnovni projekat,♦ investicioni program izgradnje,♦ idejni projekat,♦ glavni projekat,♦ detaljan projekat - projekat prilagodjavanja,♦ projekat izvedenog stanja

♦ projekat osmatranja, eventualno-projekat rušenja.

Osnovi projekat ima za cilj da se u njemu sagledaju sve potencijalne mogućnosti iskorišćenja vodnih tokova. U tom cilju se razmata veći broj alternativnih makrolokacija pregradnih mesta. Sledstveno tome, razmatra se više potencijalnih akumulacionih basena. Sa gledišta geoloških istraživanja, osnovnim projektom se obuhvata najširi istražni prostor, počev od šireg regiona, područja susednih slivova, zatim samo slivno područje reke na kojoj se planira izgradnja brane i akumulacije.

Investicioni program predstavlja dokumnetaciju kojom se, na osnovu društvenih, prostornih i urbanističkih uslova, sagledava opravdanost izgradnje investicionog objekta. To je dokumentacija u kojoj se, na bazi prethodnih istraživanja, analizira više varijantnih rešenja, pa se tek nakon tehničkih, tehnoloških i ekonomskih analiza i uporedjenja, vrši izbor najpovoljnije varijante.

Idejni projekat ima za cilj da se više mogućih rešenja tehnički i ekonomski medjusobno uporede i odaberu optimalna. Na bazi idejnog projekta se koriguju i usmeravaju sve dalje aktivnosti na istraživanju i projektovanju. Idejni projekat sadrži sve glavne proračune koji služe za definisanje koncepcije objekta, prikaz analiza važnijih delova objekata, potrebne dispozicione crteže i preseke za konačno usvojen tip objekta, analize opterećenja i stabilnosti, dimenzionisanje najvažnjih elemenata objekta od kojih bitno zavisi koštanje, način rada i efekte koji se očekuju. Geotehnička istraživanja za ovu fazu projekta su detaljna i sveobuhvatna.

Glavni projekat služi za izdavanje gradjevinske dozvole za izgradnju objekta. Projekat sadrži detaljne analize rezultata svih istraživanja, proračune svih vrsta i za sve delove objekta, detaljna dimenzionisanja, zahteve u pogledu tehnologije gradjenja, tehničke

237

uslove izvršenja svih radova, detaljan predmer i predračun radova, sagalsnosti nadležnih organa i službi. Takodje sadrži projekat istraživanja i ispitivanja koja će se tek izvesti tokom gradjenja objekta.

Detaljnim projektom se vrše izmene i dopune glavnog projekta. One su posledica potrebe prilagodjavanja konkretnim geotehničkim uslovima ili drugim okolnostima koje mogu nastupiti. Kod složenih gupa raznovrsnih objekata, kakve su brane sa pratećim objektima i akumulacije, takve izmene su uvek prisutne, pa se faktički proces: istraživanje, prilagodjavanje, projektovanje izvodi do puštanja objekta u pogon, a delimično i u fazi eksploatacije. U detaljnom projektu se, pored rezultata dopunskih i kontrolnih ispitivanja, daju detalji svih izmenjenih i novih tehničkih rešenja sa potrebnim proračunima i crtežima.

U projektu izvedenog stanja su svi detalji objekta, onako kako su oni stvarno izvedeni, sa posebno obradjenim izmenama i dopunama u odnosu na glavni projekat i objašnjenjima uzroka koji su do tih dopuna i izmena doveli. Služi kao podloga u slučaju intervencija na objektu ili u njegovoj podlozi u fazi eksploatacije objekta. Ovaj projekat sadrži i registraciju stanja geoloških uslova, po završetku gradjenja i svih istraživanja i ispitivanja koja su to pratila.

Projekat osmatranja objekta i odredjenih procesa u geološkoj sredini (kolebanja NPV, sleganje podloge i objekta, inklinometarska pomeranja, stabilnost kosina i prirodnih padina, seizmička ispitivanja i dr.) kod brana i akumulacija se redovno realizuju.

Ciljevi istraživanja za branu

Osnovni cilj svih istraživanja terena za hidrotehničke objekte je da se uz minimalan utrošak sredstava, u toku istraživanja, dobiju potrebni geotehnički podaci o terenu koji su potrebni za odlučivanje i racionalno projektovanje. Ciljevi su mnogobrojni i najviše zavise od specifičnih lokalnih uslova terena i objekta koji se gradi, tj. od prirode njihovog interakcijskog delovanja. Najvažniji su:

1) Izbor mikrolokacije i tipa brane (zavisno od lokalnih morfoloških, geoloških, inženjerskogeoloških i hidrogeoloških karakteristika, raspoloživih gradjevinskih materijala i dr.).

2) Uslovi fundiranja brane (dozvoljeno opterećenje podloge, dubina i način fundiranja, potreba poboljšanja podloge, zaštita temeljne jame i temelja i dr.

3) Stabilnost brane i njene podloge (stabilnost dolinskih strana pre izgradnje brane; mogućnost klizanja u nastutoj brani, u njenoj podlozi i bokovima; mogućnost smicanja u podlozi betonske brane i njenim bokovima; mogućnost smicanja po kontaktu brana-stenska masa; uticaj filtracije podzemnih voda na stabilnost brane; stabilnost brane u uslovima dinamičkog opterećenja-zemljotres, prelivni talas i sl.

4) Mogućnost gubljenja vode ispod i oko brane (vodopropustljivost stenskih masa u podlozi i bokovima brane; vodopropustvljivost u uslovima funkcionisanja akumulacije; uslovi zaptivanja-injektiranja; kriterijumi gubitaka vode i kriterijumi zaptivanja i dr. ).

5) Uslovi iskopavanja temeljne jame (otprornost stenskih masa pri iskopavanju, izbor tehnologije kopanja; zaštita temeljne jame od površinskih i podzemnih voda; stabilnost kosina temeljnog iskopa i sl.).

6) Obezbedjenje gradjevinskih materijala za branu (agregat za beton; kamen; glina za jezgro; materijal za filterske slojeve; rezerve materijala; kvalitet materijala; uslovi eksploatacije materijala u ležištima; uslovi transporta i ugradnje; kontrola kvaliteta i dr.

238

Ciljevi istraživanja za akumulaciju

1) Obezbedjenje vododrživosti akumulacionog bazena, odnosno sprečavanje gubljenja vode iz njega ( definisanje hidrogeoloških uslova u području bazena i šire; utvrdjivanje prisustva lokalnih hidrogeoloških kolektora-sočiva, proslojaka jako poroznih stena, rasednih zona i sl.; promena hidrodinamičkih uslova posle formiranja akumulacije; uslovi zaptivanja; dozvoljeni gubici i dr. ).

2) Stabilnost dolinskih padina po obodu akumulacije ( stabilnost u prirodnim uslovima-klizišta; labilne padine sa potencijalnim klizištima i odronima; jaružanja i drugi vidovi padinskih procesa; stabilnost terena u uslovima punjenja i pražnjenja akumulacije-promene stanja stabilnosti; kritični uslovi za aktiviranje klizišta i odrona-naglo pražnjenje akumulacije; dinamički uticaji; uticaj pojava nestabilnosti na akumulaciju-zasipanje jezera; mogućnost formiranja popalvnog talasa; uticaj pojava nestabilnosti na druge objekte oko akumulacije.

3) Uslovi izmeštanja objekata (objekti koji se plave; objekti koji su ogroženi formiranjem akumulacije; izbor lokacije za izmeštanje; uslovi izgradnje na novim lokacijama ).

4) Zaštita od uspora nivoa podzemnih voda u priobalju ravničarskih akumulacija ( aluvioni Dunava, Drine i sl. ), uticaj akumulacije na režim izdani u priobalju i dr.

5) Sagledavanje zasipanja akumulacionog bazena (klimatski, geološki, geodinamički uslovi u području sliva; procena količine i vrste vučenog nanosa; povećanje zasipanja padinskim procesima i dr.).

6) Utvrdjivanje i vrednovanje različitih potencijala geološke sredine koji se potapaju ili se ograničava mogućnost njihove eksploatacije (mineralne sirovine; podzemne vode; termomineralne vode; izvorišta geotermalne energije; prirodni resursi i dr.).

7) Budući uticaji akumulacije i uslovi zaštite okoline (uticaji na okolni teren i stabilnost po obodu akumulacije; promena režima erozije; promena hidrogeoloških uslova: na dolinskim stranama, u priobalju, u susednim dolinama, na izvorištima vodosnabdevanja; indukovana seizmičnost, uticaji na okolne objekte-smanjena nosivost i stabilnost podloge pojedinih objekata; promena režima vlage i dr.

12.3. Geotehnička istraživanja za puteve i pruge

Putevi i pruge su sa stanovišta potreba za geotehničkim istraživanjima naročito postali važni zadnjih nekoliko desetina godina kada su ostvarene mogućnosti vanredno velikih brzina, kako brzim prugama, tako i na savremenim autoputevima. Osim tih modernih kopnenih saobraćajnica drugi veoma značajan činilac je napredak u mašinskoj industriji i tehnici uopšte, tako da su prevozna sredstva postala moćna, udobna i brza da lako mogu savladjivati velike razdaljine.

Svi autoputevi i pruge velikih brzina imaju takve geometrijske elemente koji ne dozvoljavaju da se apsolutno poštuje princip da koliko prirodnog materijala se iskopa u terenu toliko treba da se ugradi u nasipe, što je u dugom vremenu praktikovano. Isto tako nemoguće je zaobići loše terene, mora trasa tih linijskih objekata biti projektovana i preko njih, mora biti značajno veći broj relativno dugačkih tunela, velikih mostova, visokih nasipa, zaseka, useka, potpornih konstrukcija, drenaža, propusta i drugih objekata na trasi. Zbog toga geotehnički uslovi postaju od većeg interesa i značaja u odnosu na prošla vremena.

239

Moderene pruge i putevi zahtevaju da se u njih ugradjuju kvalitetni prirodni materijali, oni treba da budu zadovoljavajuće zbijeni u podlozi i nasipima.

Geotehničkim istraživanjima terena treba utvrditi sva bitna svojstva stenskih masa i terena da bi se precizirali geotehnički uslovi izgradnje svih objekata koji čine prugu ili put. Osim toga treba utvrditi nalazišta i kvalitet prirodnih materijala koji se ugradjuju u pojedine konstruktivne delove saobraćajnice i objekte na njoj i zaštiti prirodnu sredinu od štetnih dejstava.

Autoputevi i pruge velikih brzina iziskuju kvalitetna projektna rešenja za koja su neophodni, nekada i presudni, geotehnički podaci o terenu. Pored istraživanja terena u okviru osnovnih geotehničkih jedinica (npr. široke aluvijalne ravni, lesni platoi, velike prirodne prepreke koje se moraju savladati tunelom ili dugačkim mostom) brojni su drugi specifični slučajevi gde su geotehnički podaci bitni za donosioce odluka. Navedene su samo neke dileme koje se mogu u konkretnim uslovima pojaviti pred donosiocima odluka, a na bazi kojih se može razumeti koliki je značaj podataka o terenu.1) Da li deonicu slabonosivog tla preći visokim nasipom ili duboko fundiranom

konstrukcijom?2) Da li manja topografska uzvišenja preći tunelom ili dubokim usekom?3) Da li pojedine važne postojeće objekte na trasi rušiti, premostiti ili proći tunelom ispod

njih?4) Da li deonicu sa visokim NPV preći visokim nasipom ili objektom, ili intervenisati

tako da se izvrši obaranje NPV?5) Da li nestabilnu padinu preći tako što će se ona prethodno sanirati, premostiti duboko

fundriranom konstrukcijom, ili proći tunelom ispod klizišta?6) Da li strmu padinu, na kojoj su mogući odroni, preći galerijom ii izvršiti zaštitu od

eventualnog odrona?

Specifičnosti istraživanja i projektovanja po fazama

Kopnene saobraćajnice mogu biti različitih kategorija i tehničkih karakteristika. Zavisno od toga zavisi i detaljnost geotehničkih istraživanja terena. Tako npr. putevi lokalnog nivoa ne iziskuju potrebu ozbiljnijih ispitivanja, izuzev ako teren nije toliko loš da je neophodna njegova stabilizacija čak i kada su u pitanju mali objekti. Suprotno tome, moderni autoputevi i brze pruge iziskuju vrlo detaljna ispitivanja terena, tako da se susereću knjige sa nazivom geotehnika saobraćajnica.

Kompletan proces projektovanja pruga i puteva se u celini sprovodi kad se projektuju brze pruge i autoputevi. Za puteve nižeg ranga pojedine faze mogu biti spojene, ili u potpunosti izostati.

Često ciljevi istraživanja mogu biti istovetni u više faza, ali tada se u svakoj narednoj fazi oni rešavaju na bazi detaljnjih podataka, koji mogu proisteći iz pogušćenja obima istražnih radova ili iz novoizvedenih opita koji to omogućuju.

Studija putne mreže se zasniva na najopštijim podacima iz literature, ili iz stručne dokumentacije. Obično se izvodi u sklopu planskih dokumenata odredjene šire društveno-političke zajednice.

Generalni projekat ima za cilj da definiše koridor u kome će biti saobraćajnica. Na pojedinim deonicama koridor može biti vrlo širok, sa više potencijalnih trasa.

Geotehnička istraživanja obuhvataju analizu postojećih podataka o terenu, eventulano vrši se reambulacija pojedinih karakterističnih područja, ili se izvodi manji

240

obim jednostavnih terenskih istražnih radova. Detaljno se analiziraju sve vrste postojećih geotehničkih karata (geoloških, inženjerskogeoloških, hidrogeoloških, seimotektonskih, analiza avio i satelitskih snimaka i dr.). Kao rezultat geotehničkih istraživanja u ovoj fazi, pored ostalog, radi se rejonizacija terena u pogledu pogodnosti za gradnju. Razmera generalnog projekta je1:25.000-1:100.000, pa se toj razmeri prilagodjava i karta geotehničke rejonizacije teritorije. Kartu rejonizacije prati uobičajna geotehnička dokumentacija i to: geološka i inženjerskogeološka karta, seizmološka karta, profil terena duž koridora, poprečni profili na karakterističnim deonicama tog koridora i dr.

Idejni projekat saobraćajnice obično sadrži analizu više varijantnih rešenja, njihovo poredjenje i predlog najpovoljnije. Sadrži i projektna rešenja svih objekata na trasi. Razmere topografskih osnova i priloga koji su za to vezani, su obično za trasu 1:5.000-1:2.500, a za objekte na trasi 1:500-1:250.

Od geotehničkih istraživanja izvode se: - detaljna analiza aviosnimaka; - detaljna inženjerskogeološka kartiranja terena; - geofizička ispitivanja (seizmička, karotažna i električna); - istražna bušenja; - opiti penetracije; - ugradnja pijezometara i opiti vodopropustljivosti u bušotinama; - laboratorijska ispitivanja uzoraka stena (fizičko-mehanička, mineraloško-petrološka, sedimentološka, paleontološka, hemizam podzemnih voda i dr.); - različita osmatranja (pojave nestabilnosti, merenja NPV i dr.).Istraživanja se izvode za sve varijante. Da bi se odabrala jedna od njih, a poštujući

poznate osnovne principe istraživanja, obično se ova faza istraživanja sastoji iz dve podfaze. U prvoj se na bazi dovoljnog obima istražnih radova po trasi i objektima svake varijante, poštujući naročito princip ravnomernosti, dolazi do relevantnih podataka koji opredeljuju izbor jedne od više trasa. Potom se, u drugoj podafazi, gro preostalih istraživanja skoncentriše, upravo, duž predložene trase.

Posebna pažnja i detaljna ispitivanja su na tzv. kritičnim mestima (tuneli, mostovi, klizišta, slabonosivi tereni i dr.). Po pravilu takva mesta-deonice najviše utiču na izbor jedne od više trasa.

Na nivou glavnog projekta rešavaju se svi tehnički detalji za trasu i objekte na njoj. Na bazi glavnog projekta pristupa se izgradnji, a odstupanja od njega su relativno mala, izuzev kada su u pitanju tuneli u sklopu saobraćajnice, bilo da je ona putna bilo železnička, ili ako je u pitanju podzemni aerodrom.

Geotehnička istraživanja se obavezno izvode. Uglavom su skoncentrisana na rešavanje ciljeva i zadataka koji su bitni na karakterističnim mikrolokacijama pojedinih objekata na trasi (tuneli, klizišta, slabo nosivi tereni, mostovi, vijadukti, propusti, potporni stubovi, mikrolokacije pozajmišta materijala i dr.

Tokom gradjenja saobraćajnice nameće se potreba angažovanja geotehničkog nadzora i pojedinih specijalističkih ispitivanja. Nadzor ima funkciju da kontroliše realizaciju projekta i u slučaju bitnih odstupanja geotehničkih podataka i uslova od onih na kojima je projekat zasnovan, da eventualno utiče na preprojektovanje odredjenih detalja. Specijalistička ispitivanja se prevashodno odnose na kontrolu materijala koji se ugradjuje i kontrolu njegove ugradnje uopšte.

Po puštanju saobraćajnice u funkciju, periodično se vrše odredjena osmatranja i merenja i to: osmatranje sleganja mostova i visokih nasipa; sleganje iznad tunela;

241

osmatranje deformacija profila i obloge u tunelima; sleganje trupa puta, ako se on nalazi na slabonosivom tlu, ili u zoni uticaja podzemne eksploatacije mineralnih sirovina; osmatranje pomeranja klizišta ili labilnih padina i eventualno deformacija saobraćajnice na tim deonicama; merenje NPV na karakterističnim mestima gde su ugradjeni pijezometri; merenja zagadjenja podzemnih voda i tla i dr.

Ciljevi geotehničkih istraživanja

Geotehnička istraživanja terena, za puteve i pruge, se izvode da bi se na bazi njih obezbedila potrebna stabilnost i funkcionalnost objekata. Ciljevi istraživanja su mnogobrojni i najviše zavise od specifičnih lokalnih uslova terena, objekta koji se gradi i faze projekta. Obzirom da savremene pruge i puteve visokog ranga, čini uvek više funkcionalno poveznih objekata, to pored opštih ciljeva, koji važe za sve objekte, za pojedine od njjih postavljaju se i neki specifični ciljevi. Načelno posmatrano najvažniji ciljevi sa celu trasu su sledeći:

• izbor koridora i trase saobraćajnice;• izbor načina iskopa i opreme za iskop, u zavisnosti od otpornosti stenskih

masa prema iskopavanju;• izbor nagiba: kosina, useka i zaseka, tako da oni budu stabilni, kao i mera

kojima će se to obezbediti, ako su one neophodne;• uslovi prevodjenja trase preko klizišta i drugih nestabilnih padina, kao i izbor

mera za njihovu stabilizaciju, ako je to potrebno;• način ugradnje nasipa, nagibi i stabilnost kosina nasipa, mere zaštite nasipa;• nosivost podloge u slučaju izgradnje na slabonosivom tlu, posebno ako je

deonica u visokom nasipu ili ako se grade drugi objekti na trasi;• zaštita puta od površinskih i podzemnih voda, uslovi odvodnjavanja i

dreniranja;• izbor materijala i načina gradjenja trupa i kolovozne konstrukcije obzirom na svojstva tla;

• pozajmišta i kvalitet lokalnih prirodnih materijala (agregat za beton; šljunak, pesak, drobljeni kamen i dr. za nasipe; zapremina pozajmišta, kvalitet materijala i uslovi eksploatacije materijala u pozajmištu; uslovi transporta i ugradnje; kontrola kvaliteta ugradjenih materijala i dr.

• izbor mesta i načina deponovanja viška materijala iz iskopa;• uticaj gradjenja i korišćenja puta na okolinu i uslovi zaštite od eventualnih

štetnih uticaja, posebno uticaji na tlo i podzemne vode kao deo životne sredine.

Posebni ciljevi istraživanja odnose se na objekte na trasi (tuneli su prikazani odvojeno). Posebi ciljevi istraživanja za mostove i propuste su sledeći:

• izbor mikrolokacije mosta i propusta;• izbor tipa konstrukcije obzirom na uslove fundiranja;• uslovi fundiranja, dubina i vrsta temelja, dozvoljeno opterećenje i sleganje

podloge;• način iskopa i zaštita temeljne jame;• stabilnost objekta;

242

• mogućnost korišćenja lokalnih materijala za gradnju i uslovi deponovanja viška iskopanog materijala. Ovaj cilj može biti rešavan i kroz opšte ciljeve koji se odnose na trasu.

Na sličan način se mogu definisati i posebni ciljevi istraživanja za duboke useke, zaštita visokih kosina, visokih nasipa, ležišta lokalnih geoloških gradjevinskih materijala i sl.

Istražni prostor

Istražni prostor za puteve i pruge je relativno širok koridor duž trase i područje objekata na trasi. Kolika je širina koridora zavisi od faze projekta, a iz toga proizilazi i detaljnost geotehničkih podataka koji se prikupljaju u tom području. U početnim fazama projekta, faktički samo korišćenjem postojeće literature i fondovskog materijala, kao i kartiranjem terena zahvata se relativno široko područje. U fazi idejnog, a naročito u fazi glavnog projekta zahvaćen je relativno uzan koridor. Na mestima gde ima problema, naročito sa klizištima, odronima i drugim neželjenim savremenim geološkim pojavama i procesima, zahvata se znatno širi prostor, a sve u cilju da bi se dovoljno istražila zona sadejstva terena i objekata.

Dubina istraživanja je takodje uslovljena interakcijskim delovanjem objekta i terena. Brojni su činioci koji utiču na dubinu istraživanja. Ovde navodimo samo dva karakteristična slučaja, koja isključivo zavise od geoloških činilaca. Prvo, kada se istražuje nestabilna padina, na kojoj je projektovana trasa ili neki objekat, dubine istražnih radova moraju biti takve da se sigurno definiše najdublja klizna ravan i podloga klizišta. Drugo, ako se na slabonosivom aluvijalnom tlu razmatraju dve alternative za rešenje problema nosivosti i sleganja, gde je jedna da se to reši izgradnjom nasipa, a druga npr. vijaduktom, onda moraju i geotehnička istraživanja biti koncipirana tako da se dobiju podaci i za jednu i za drugu varijantu. Dubina istraživanja je u tom slučaju predodredjena debljinom aluviona i potrebom da se definišu svojstva stenskih masa u njegovoj podlozi. U slučaju da je debljina aluvijalnih sedimenata vrlo velika, da ispod slabonosivih aluvijalnih sedimenata (npr. mulj ili slabo nosiva glina) ima aluvijalnih sedimenata na kojima se može fundirati objekat (npr. pesak ili šljunak) onda je dovoljno istražiti teren do dubine koja obuhvata i zonu sadejstva u toj dobronosivoj sredini.

12.4. Geotehnička istraživanja za objekte visokogradnje

U preistorijsko doba čovek je se selio iz mesta u mesto, u potrazi za hranom, a kao zaštitu od vremenskih i drugih nepogoda koristio je prirodne zaklone. Prelaskom sa nomadskog načina življenja na bitisanje u jednom mestu, ili području, započela je i izgradnja najprimitivnijih veštačkih objekata, od drveta i zemlje. Vremenom, gradnjeno je se sve više i više nadzemnih objekata, povećavale su se njihove dimenzije, upotrebljavale su se nove vrste gradjevinskih materijala, usložnjavali su se konstuktivni sistemi, takodje tehnika i tehnologija gradjenja. Najveći broj objekata visokogradnje-zgrada je relativno malih dimenzija (prizemni objekti ili do 10 etaža). Samo pojedini objekti su vrlo visoki, a najčešće su u područjima gde podlogu čine čvrste stenske mase. Postoje u svetu primeri visokih objekta višespratnica-oblakodera, sa preko 100 etaža i cenom pojedinačnog objekta oko 1 milijardu dolara.

243

U realizaciji modernih i značajnijih objekata visokogradnje učestvuju: istraživaži terena, arhitekte i gradjevinski inženjeri. Potreba za istraživanjima terena je narasla naročito sa povećanjem dimenzija objekata, usložnjavanjem konstruktivnih elemenata i potrebom da se danas objekti grade i na lošim terenima. Athitekte, saglasno dostignućima u svojoj struci, zahvaljujući vizuelnoj mašti i praktičnim potrebama doprinose da objekat izgleda lepše i da je funkcionalniji. Gradjevinski inženjeri projektuju objekat i saglasno tome ga i grade.

Geotehnička istraživanja terena za objekte visokogradnje, treba da doprinesu opštoj stabilnosti objekta, izboru najboljeg načina fundriranja objekta, a to sveukupno doprinosi ekonomičnosti gradjenja i bezbednosti. Istraživanja se izvode saglasno odgovarajućoj zakonskoj regulativi za sve značajnije objekte visokogradnje. Pošto se mikrolokacije svakog pojedinažnog objekta znaju, to se na njima i lociraju terenski istražni radovi.

Faze projektovanja i istraživanja za objekte visokogradnje

Za objekte visokogradnje znatno je smanjen broj faza istraživanja terena, za razliku od brana, akumulacija, tunela, autoputeva i dr. Istraživanja se obavljaju tek kada je doneta odluka da će se na nekoj mikrolokaciji graditi objekat, saglasno urbanističkim uslovima i detaljnim planovima. Za veliku većinu objekata stanovanja, industrijskih hala i drugih objekata, uglavnom se sva istraživanja terena obavljaju u jednoj fazi. Redji su slučajevi kada se istraživanja terena izvode u više faza. To se čini za objekte koji su složeni po konstruktivnim elementima, kada su veliki, kada su u pitanju objekti za koje je potreban veliki stepen sigurnosti u cilju očuvanja bezbednosti ljudstva i sredstava. Takvi objekti su npr. visoke zgrade na relativno lošim terenima, hale velikih raspona, nuklearne elektrane, veliki rezervoari i dr.

Istraživanja terena za navedene vrste komplikovanih gradjevinskih objekata se obično izvode za potrebe idejnog i glavnog projekta. Kada se u fazi temeljenja objekta naidje na odstupanja, ili sumnje da je eventualno loš ili nesiguran izbor tipa i dimenzija temelja, onda se za pojedine vrste objekata vrše detaljna ispitivanja i u fazi izgradnje (npr. probna ispitivanja nosivosti šipova).

Ciljevi geotehničkih istraživanja

Geotehnička istraživanja terena za objekte visokogradnje se izvode da bi se utvrdili:1) Uslovi fundiranja objekta (dozvoljeno opterećenje podloge, sleganje terena usled

dodatnog opterećenja od objekta; naponi i Zemljia ni pritisci; potreba konsolidacionog poboljšanja podloge; zaštita temeljne jame od uticaja podzemnih voda; zbijanje podtla i tamponskog sloja i dr.

2) Stabilnost terena tj. klizanje i drugi vidovi nestabilnosti, u fazi izgradnje i kad je objekat izgradjen i dr.

3) Uslovi iskopavanja temeljnih jama (izbor tehnologije kopanja; zaštita temeljne jame od površinskih i podzemnih voda; stabilnost kosina iskopa, zaštita susednih objekata i sl.).

244

Istražni prostor

Istražni prostor za objekte visokogradnje je, po pravilu, relativno mali. On kod najvećeg broja objekata, naročito onih kojih se grade na relativno ravnim i stabilnim terenima, zahvata teren ispod objekta i malo područje oko objekta u kome su izraženi uticaji objekta i iskopa na okolni teren. Relativno veliko područje istraživanja, u odnosu na samu mikrolokaciju objekta, je onda kada je teren, na kome se planira izgradnja objekta, uslovno stabilan ili nestabian.

Kada se istraživanja izvode za veće komplekse objekata, pogotovu kad su isti na padinskim delovima terena koji prethodnim istraživanjima nisu dovoljno detaljno istraženi, ili uopšte nisu istraživani, tada istražno područje može obuhvatiti i celu padinu, ili pojedine njene delove. Tada područje istraživanja može biti veliko.

Kod izrazito visokih objekata, oblakodera, često postoji veliki broj podzemnih etaža objekta. Obično se kaže da su to duboko ukopani objekti. Tada dubina istražnih radova mora biti u saglasnosti sa dubinom objekta i zonom sadejstva po dubini. Prirodni uslovi terena postaju u takvim slučajevima od velikog značaja, a obim radova prilagodjen konkretnom objektu i terenskim uslovima. Takvi objekti mogu iziskivati i dodatna geotehnička istraživanja u cilju zaštite iskopa i ukopanih delova od podzemnih voda i izradu odgovarajućih hidroizolacija objekta.

245

13. METODE INŽENJERSKOGEOLOŠKIH ISTRAŽIVANJA TERENA

Osnovni principi inženjerskogeoloških istraživanja terena

Istraživanja terena se izvode saglasno odgovarajućim pravilima, standardima i kriterijumima. Teži se uvek tome da obim istražnih radova bude minimalan, a vrste istraživanja primerene ciljevima i zadacima istraživanja. Iz navedenog sledi da ono što je u jednom slučaju optimalno, u drugom slučaju može biti nezadvoljavajuće, odnosno očito je da je u pitanju kompromis izmedju težnji naručioca posla da istraživanja bude što manje i težnji istraživača da sigurnost svojih zaključivanja bude što preciznija. Taj problem je donekle u geotehnici prevazidjen postupnošću istraživanja tako da se potpuno rešavaju problemi te faze, a ne i zahtevi narednih.

Osnovni principi istraživanja su sledeći:- princip postupnosti istraživanja;- princip potpunosti istraživanja;- princip ravnomernosti istraživanja;- princip ekonomičnosti istraživanja.

Princip postupnosti istraživanja podrazumeva da se istraživanja izvode postupno, po fazama. To je uslovljeno i postupnošću rešavanja poslova planiranja i gradjevinskog projektovanja. Po pravilu svaki nivo planiranja ili projektovanja prati odgovarajuće istraživanje. Osim toga što je time obezbedjena kontinualnost u izvodjenju istraživanja i dobijanje odgovarajućih geotehničih podloga, time se ostvaruje i mogućnost da u slučaju prekida procesa projektovanja, iz bilo kojih razloga, može da se prekinu i poslovi istraživanja terena. Time se u suštini vrše istraživanja terena do potrebnog nivoa istraženosti, a ne prekomerno.

Ovaj princip ne treba shvatiti tako da se na svim nivoima izvodi približno isti obim radova, niti obim radova odgovara obimu planerskog ili projektantskog posla. Isto tako, ne treba ga shvatiti ni kao postupno pogušćavanje mreže istražnih radova ili postepeno povećanje kvantiteta saznanja o terenu. U izvesnoj meri ovaj princip sve to podarzumeva, ali ne bukvalno. Osnovni smisao ovog principa je u tome da se u svakoj fazi istraživanja

246

rešava drugi problem pa se primenjuje drukčija metodologija istraživanja. Pri tome se često koriste slični ili isti istražni radovi, mada se najčešće na raznim nivoima istraživanja daje različita težina i značaj pojedinim postupcima. Na primer, metodi daljinske detekcije ili geofizička ispitivanja primenjuju se obično na prvim nivoima istraživanja, a istražni iskopi i laboratorijska ispitivanja na nivou idejnog ili glavnog projekta.

Ipak, nivoi istraživanja u pogledu primene pojedinih metoda i korišćenja prethodnih istraživanja treba da predstavljaju jednu ligičnu celinu. To podrazumeva da se pri projektovanju svakog novog istraživanja maksimalno koriste rezultati prethodnih istraživanja. Na ovnosu njih se stvara hipoteza o problemu čije istraživanje predstoji-odnosno prognoza odredjenih karakteristika i svojstava terena koja se istraživanjem proverava.

Pri tome treba imati u vidu jedan od osnovnih principa naučnog istraživanja uopšte, a to je da se pre istraživanja postavi maksimalni mogući broj hipoteza (pod uslovom da svaka od njih bude logički opravdana). Tada se u prvoj fazi obično izvode tzv. krucijalni eksperimenti, oni kojima se mogu razrešiti dileme izmedju dve hipoteze ili izmedju dve grupe hipoteza.

Ovaj princip istraživanja se najbolje može ilustrovati promenama (kvalitativnim i kantitativnim) na prognoznom inženjerskogeološkom preseku do kojih dolazi tokom istraživanja.

Princip potpunosti istraživanja podrazumeva da inženjerskogeološke podloge treba da su takve da se njima mogu na zadovolajvajućem nivou rešiti svi ciljevi istraživanja, a ne samo pojedini od njih. Na primer, u slučaju utvrdjivanja uslova izgradnje brane, moraju istraživanjima biti utvrdjeni: dozvoljeno opterećenje podloge, mogućnost smicanja u podlozi i bokovima brane kao i po kontaktu beton-stena, mogućnost gubljenja vode ispod i oko brane, uslovi iskopa temeljnih jama i mogućnost korišćenja lokalnih geoloških gradjevinskih amterijala.

Ovaj princip podrazumeva, takodje, da istraživanjem bude obuhvaćen ceo istražni prostor. Pri tome se pod istražnim prostorom podrazumeva ne samo zona uzajamnih uticaja terena i objekata, već i ono područje terena u kome se mogu konstatovati odredjene činjenice koje bi pomogle boljem preciziranju zone sadejstva.

Princip potpunosti se najbolje realizuje tako što se unutar zone sadejstva terena i objekta izdvoje područja različitih uticaja terena na objekat i objekta na teren, pa se u svakom takvom području utvrdi potreban obim radova za prognozu odgovarajućeg uticaja i eventualno preduzimanja odredjenih meliorativnih postupaka. Tako npr. osim detaljnih istraživanja područja u kome se aktivirao proces klizanja, neophodno je istražiti i bliže ili dalje zaledje. Samo tako, po pravilu, može se dovoljno precizno sagledati geneza procesa klizanja, predvideti aktivnost i eventualno proširenje procesa, a takodje istražni radovi će omogućiti analizu primene svih mogućih sanacionih radova.

Princip ravnomernosti istraživanja je naročito aktuelan pri istraživanju ležišta mineralnih sirovina. U inženjeskoj geologiji on je aktuelan onda kada se istražuju dve ili više alternativnih lokacija za objekat. Za njihovo poredjenje neophodan je približno isti nivo istraženosti. Ukoliko to nije slučaj, uporedjivanje je bez smisla. On takodje dolazi do izražaja kod ispitivanja većih područja (npr. za potrebe urbanizma), ili vrlo detaljnog ispitivanja i manjih područja, (kartiranje tunela, temeljne jame i sl. ). U tim slučajevima kada se vrši zoniranje istražnog područja prema uslovima izgradnje (bonifikacija terena), ili zoniranje prema nekom od relevantnih parametara, da bi se korektno ograničile zone približno istih uslova - cela površina terena treba da bude približno ravnomerno istražena.

247

Ovaj princip nikada, pa ni u slučaju ležišta mineralnih sirovina, ne podrazumeva bukvalno istu gustinu istražnih radova. On bi se pre mogao definisati kao princip podjednakog stepena istraženosti, a to podrazumeva manju gustinu radova na relativno jednostavnim odnosno homogenijim područjima, a gušću mrežu radova na složenijim delovima istražnog područja.

U slučaju kompleksnih istraživanja za složene objekte (kao što su hidroenergetski sistemi, podzemna skladišta) ovaj princip bi važio samo ako se istraživanje za sve objekte u istražnom prostoru izvodi za isti nivo projektovanja. Ako to nije slučaj, onda se ni ovaj princip ne može primeniti.

Princip ravnomernosti istraživanja može u potpunosti važiti pri inženjerskogeološkim istraživanjima samo kada se radi o istraživanju odgovarajućih svojstava stenskih masa unutar tačno ograničenih područja odredjenog uticaja terena i objekta.

Princip ekonomičnosti istraživanja podrazumeva minimalni utrošak materijalnih, finansijskih sredstava i vremena uz uslov da se obezbedi potrebna tačnost odnosno pouzdanost rezultata istraživanja.

Troškovi istraživanja i vreme potrebno za realizaciju radova, pored prirodnih (klima, reljef, fizičko-mehanička svojstva stenskih masa, hidrogeološki uslovi) i subjektivnih faktora (organizacija rada) zavise naročito od:

- stanja puteva, odnosno prohodnosti terena, - raspoloživih energetskih izvora, - mogućnosti vodosnabdevanja radilišta, - raspoložive fondovske gradje i drugih materijala koji se pri istraživanjima

koriste. Princip ekonomičnosti se odnosi na cene pojedinih radova, ali i na ukupnu cenu

istraživanja, koja je u najvećoj meri zavisna od obima istražnih radova. Principijenlo, cena istraživanja ne bi nikada smela da bude razlog za toliko

smanjenje obima i vrste radova koje bi dovelo u pitanje pouzdanost dobijenih podataka. Takav pristup ne bi imao ni stručnog ni ekonomskog opravdanja. Ušteda u troškovima istraživanja je najčešće prividna, jer se na račun malih ušteda obično u toku izgradnje ili eksploatacije objekta pojave znatno veće štete. Te štete ne slede nužno ali su moguće. Detaljnija istraživanja odnosno pouzdaniji rezultati smanjuju rizik od mogućih šteta. Taj rizik se, u suštini, pokriva faktorom sigurnosti koji se koristi u geostatičkim proračunima. Kada su istraživanja preciznija i pouzdanija, a istraženost veća, fakotr sigurnosti je manji i obrnuto. To znači da bi povećanjem pouzdanosti rezultata istraživanja mogao da se smanji faktor sigurnosti. Na taj način teoretski bi bilo moguće odredjenim povećanjem puzdanosti podataka postići odgovarajuće smanjenje troškova izgradnje u svakom konkretnom slučaju, a ne samo smanjiti rizik od eventualnih šteta do kojih može iznenada (neplanirano) doći.

13.1. Inženjerskogeološko kartiranje

Inženjerskogeološko kartiranje obuhvata niz postupaka kojima se kao krajnji proizvod dobija inženjerskogeološka karta odredjenog područja. To je situaciona osnova sa podacima o geološkoj sredini značajnim sa stanovišta: planiranja iskoristljivosti prostora, preciziranja geotehničkih uslova izgradje objekata svih vrsta, definisanja rezervi i kvaliteta mineralnih sirovina u industriji gradjevinskog materijala i dr.

248

Inženjerskogeološka karta je vrsta geološke karte, medju mnogobrojnim drugim. Ona predstavlja prikaz rezultata svih istraživanja i ispitivanja koji se mogu prikazati na situacionoj osnovi date razmere. To znači da karta predstavlja sintezu svih metodoloških postupaka istraživanja, objedinjenih, valorizovanih i prikazanih na situacionoj osnovi. U početnim fazama istraživanja na karti su opšti podaci, slično kako je to na geološkim kartama opšte namene. Na planovima krupne razmere je dosta faktičkih podataka i detaljisanja kvazihomogenih zona po mnogim bitnim parametrima.

Inženjerskogeološko kartiranje je počelo da se razvija u prvim danima saradnje geologa i inženjera graditelja. Prve inženjerskogeološke karte je teško razlikovati od uobičajenih stratigrafsko-litoloških ili tektonsko-strukturnih karata. Potom su karte obogaćivane informacijama koje su od značaja za praktična rešenja problema gradjenja, čemu su specijalne karte i namenjene, pa su dobijene interpretacione inženjerskogeološke karte. One se i danas izradjuju i koriste.

Prve inženjerskogeološke karte koje su zabeležene u literaturi su: - karta gradjevinskog tla okoline Dancinga, 1926. od L.Bendela; - karta okoline grada Ufe, 1930. od Z.A.Makeeva.Inženjerskogeološke karte se rade za različite objekte, za razne nivoe planiranja i

razne faze projektovanja. One mogu biti namenjene nekim konkretnim ciljevima ili predstavljati višenamenski dokument namenjen za rešavanje najopštijih problema iz obalsti planiranja i projektovanja. Zavisno od njihove svrhe inženjerskogeološke karte mogu široko varirati u pogledu razmere i sadržaja, načina prikupljanja i načina prikazivanja podataka. Pored svih tih raznolikosti i specifičnosti inženjerskogeološke karte se, ipak, rade prema jedinstvenim princima i standardima.

Izrada inženjerskogeološke karte započinje pribavljanjem topografskih osnova željene ramere, geoloških i drugih postojećih karatai, njihovom kompilacijom i nadogradnjom. Kompilacijom se u suštini postojeće karte doradjuju, eventualno sa malim obimom dopunskih terenskih istražnih radova. Značajno sadržajnije i kvalitetnije inženjerskogeološke karete se rade kada se na bazi prethodno analizirane postojeće dokumentacije pristupa dopunskim terenskim radovima, jednostavnim u vidu terenskog kartiranja, pogotovu kada se izvodi istražno bušenje i drugi terenski radovi. Kartiranje terena podrazumeva obilazak svih značajnih tačaka na datom terenu, krećući se maršutama koje su takve da se prate karaktristični kontakti različitih vrsta stena ili geoloških pojava, metodom poprečnih profila tako da se približno upravno presecaju kontaktni različitih vrsta stena, ili obilaskom i pregledom svih otkrivenih delova stenskih masa. Inženjeru su za takav rad potrebni i dovoljni dobra topografska osnova, kompas, pribor za beleženje, eventualno prevozno sredstvo. Navedeno kartiranje terena je obavezni deo, a dopuna podataka rezultatima bušenja i drugih vrsta istraživanja i ispitivanja samo obogaćuje inženjerskogeološku kartu.

Karta je u suštini uprošćeni model terena. Vrlo kompleksni i promenljivi geološki faktori se ne mogu nikad na njoj u potpunosti prikazati. Stepen uprošćenosti karte kao modela prirode zavisi najviše od namene i razmere karte, zatim od relativnog značaja pojedinih inženjerskogeoloških faktora, tačnosti podataka i tehnike njihovog prikazivanja.

249

Sadržaj inženjerskogeološke karte i principi njene izrade

Inženjerskogeološka karta je vrsta geološke karte koja daje opšti prikaz svih podataka o geološkoj sredini koji su od značaja za prostorno planiranje (planiranje korišćenja zemljišta) projektovanje, izgradnju, eksploataciju različitih objekata. Inženjerskogeološka karta sadrži sledeće:1) Geomorfološka svojstva terena.2) Geološku gradju terena (litološke vrste stena, starost stenskih masa ako je to od

značaja; tektonska svojstva: rasedi, nabori pukotine,);3) Hidrogeološka svojstva terena ( raspored hidrogeoloških kolektora i izolatora; dubina

do nivoa izdani i zona njegovog kolebanja; koeficijenti filtracije; pravac toka podzemne vode; pH; agresivnost voda i dr.).

4) Geodinamičke pojave (klizišta; odroni; jaruge; dine; karstni oblici; područja sufozionih procesa i dr.),

5) Istražni radovi (bušotine, često i stubovi bušotina sa osnovnim vrstama stena ili drugim podacima; okna; bunari; istražne galerije; raskrivke; mesta penetracija; mesta probnih opterećenja; profili geofizičkih ispitivanja; inklinometri i dr.).

6) Na bazi faktičkih podataka o terenu mogu se raditi oleate, ili listovi inženjerskogeološke karte, sa izvršenim sintetskim vrednovanjem i zoniranjem područja u pogledu nekog svojstva ili parametra, upotrebljivosti područja za neke namene itd. Tako npr. mogu se raditi oleate u pogledu stabilnosti terena; oleate u pogledu pogodnosti područja za izgradnju ili planiranje iskoristljivosti područja itd.

7) Često se kao prateći na inženjerskogeološkoj karti prikazuju profili terena, ili karakteristični detalji duž nekog profila. Bez obzira da li su prikazani na karti ili nisu, inženjerskogeološki profili terena su obavezna prateća geotehnička dokumentacija. Na njima su u drugoj projekciji, ili u bilo kojoj kosoj ravni, prikazani elementi koji su dati i na situacionoj osnovi. Na karti su prikazani samo elementi koji se odnose na geološku sredinu koja je prikazana datom situacionom osnovom (ako je prikaz površine terena onda stenske mase koje grade tu površinu terena; ako je npr. situaciona osnova nekog horizonta u rudniku, onda stenske mase koje se nalaze na tom horizontu). Za razliku od karte, na profilu terena se prikazuju sve zastupljene stene i to od površine terena do neke dubine. Tako je prostorni položaj svih zastupljenih stenskih masa moguće dovoljno dobro prostorno predstaviti samo ako su prikazani i na karti i na profilu. Slično kao i inženjerskogeološke karte i profili terena mogu biti uradjeni po različitim parametrima, pa je prema tome prikaz profila samo sa litologijom ustvari najopštija predstava terena, ali nezaobilazna za dalju nadogradnju.

8) Inženjerskogeološka karta obavezno sadrži prateću legendu, eventualno i druga tekstualna objašnjenja.

Inženjerskogeološko kartiranje je nadgradnja geološkog kartiranja. To znači da je pri izradi inženjerskogeološke karte neophodno primenjivati metodologiju izrade geološke karte, stim što se takva karta obogaćuje potrebnim podacima koji su neophodni za procenu nihovog sveukupnog uticaja na uslove izgradnje i eksploatacije objekata.

Osnovni principi izrade inženjerskogeološke karte su sledeći: - Metodski postupci koji se koriste pri inženjerskogeološkom kartiranju su mahom

isti ili slični onim koji se koriste pri geološkom kartiranju, stim što je ukupna metodologija kompleksnija.

250

- Inženjerskogeološka karta se po pravilu bazira na geološkim, hidrogeološkim i geomorfološkim kartama, ali ona mora osnovne podatke sa tih karata prezentirati i oceniti u inženjerskogeološkom smislu. Kada za dati teren ne postoje uradjene ove karte, koriste se i svi drugi geološki podaci o terenu, objavljeni u literaturi, fondovski podaci i drugo.

- Za inženjerskogeološku kartu, obzirom da ona predstavlja podlogu za često veoma skupe projekte i velike investicije naročito je važno da se radi tako da bude upotrebljiva svim korisnicima, da je oni lako razumeju, da se na njoj daju ne samo pojedinačne činjenice već i sinteza koja iz njih proizilazi.

- Inženjerskogeološka karta treba da pruži objektivne informacije nužne za procenu inženjerskogeoloških karakteristika područja koje se koristi pri regionalnom planiranju, izboru lokacije i izboru najpovoljnijeg metoda gradjenja. Ona takodje treba da omogući predvidjanja promena u geološkim uslovima, posledice tih promena i da sugeriše eventualne preventivne mere protiv neželjenih posledica.

- Treba težiti da tačnost podataka na inženjerskogeološkoj karti bude što veća, stoga se rade karte krupnije razmere. Sve ono što nije pouzdano utvrdjeno ili dokazano treba jasno da se prikaže kao predpostavka, odnosno da se razlikuje od sigurno utvrdjenih činjenica.

- Broj odnosno gustina podataka na inženjerskogeološkoj karti odredjuje se po istim principima kao i za sve ostale geološke karte.

Klasifikacije inženjerskogeoloških karata

Inženjerskogeološke karte spadaju u grupu specijalnih geoloških karata (opšte geološke karte sadrže podatke o starosti, sastavu i sklopu terena; specijalne geološke karte prikazuju teren sa gledišta jedne od geoloških disciplina - inženjerskogeološke, hidrogeološke, strukturnogeološke, karte mineralnih sirovina i dr.).

Podela inženjerskogeološkogeoloških karata prema njihovoj nameni - Opšte (višenamenske) inženjerskogeološkogeološke karte, omogućavaju analizu

uslova izgradnje vrlo raznovrsnih objekata na području koje je kartirano, jer sadrže najbitnije informacije o inženjerskogeološkim svojstvima datog terena;

- Karte specijalne namene omogućuju analizu uslova izgradnje odredjene vrste objekata ili čak samo jednog odredjenog objekta (karta mesta brane i akumulacije, karta područja saobraćajnice i sl.). U ovu grupu spadaju karte koje omogućuju analizu uslova gradjenja pojedinih objekata sa stanovišta nekog svojstva (npr. sa gledišta stabilnosti padina, uticaja podzmenih voda i sl.);

Podela inženjerskogeološkogeoloških karata prema njihovom sadržaju - Analitičke karte daju detalje ili prikazuju samo pojedine komponente geološke

sredine. Njihov sadržaj je, po pravilu, označen već u naslovu, na primer: karta stabilnosti terena, karta stepena površinske raspadnutosti, karta ispucalosti stenskih masa, karta seizmičkog rizika i sl.

- Sveobuhvatne - sintetske karte mogu biti dvojake: a) karte inženjerskogeoloških uslova koji su opisani na osnovu svih osnovnih komponenti geološke sredine; b) karte inženjerskogeološkog zoniranja, ocena i kategorizacije pojedinih rejona na bazi sličnosti njihovih inženjerskogeoloških uslova.

251

- Pomoćne karte, sadrže faktičke podatke o terenu i stenskim masama, npr. dokumentacione karte, karte strukturnih ruptura, karte izopaheta, karte ležišta geoloških gradjevinskih materijala, karte nagiba površine terena i sl.

- Dopunske karte su geološke, tektonske, morfološke, pedološke, geofizičke, hidrogeološke i druge karte. To su obično karte osnovnih podataka koje se uključuju u komplet inženjerskogeološkogeoloških karata.

Podela inženjerskogeološkogeoloških karata po razmeri - inženjerskogeološki planovi, 1:50 - 1:1.000, - detaljne inženjerskogeološke karte, 1:1.000 - 1:5.000, - karte krupnih razmera, 1:5.000 - 1:10.000, - karte srednje razmere, 1:10.000 - 1:100.000, - karte male razmere, <1:1.000.000 (pregledne inženjerskogeološke karte).

Analogno izradi osnovne geološke karte započeta je izrada i osnovne inženjerskogeološke karte, po listovima, radne verzije 1:25.000 a publikovani listovi u razmeri 1:100.000.

Neophodno je naglasiti da iz razmere karte proizilazi i detaljnost podataka koje je moguće naneti na kartu. To znači da na situacionu osnovu koja je u rangu planova krupne razmere moguće je naneti sve značajne podatke sa stanovišta izgradnje svakog konkretnog objekta. Na preglednim kartama, koje obuhvataju veće teritorije, npr. inženjerskogeološka karta SFRJ 1:500.000 ("Geozavod"-Beograd, 1960.), moguće je naneti samo pojedine elemente geološke sredine. Uglavnom su to krupne geološke celine: vrste stena, veliki rasedi, velika klizišta i dr.

13.2. Istražno bušenje

Istražno bušenje se prevashodno izvodi za to da se dobiju uzorci stena sa onih dubina gde one nisu dostupne istraživaču, da bi se u bušotini izvela odredjena ispitivanja, ili i za jedno i drugo. Uzorci stena koji se bušenjem vade nazivaju se jezgro. U geotehničkim istraživanjima teži se tome da jezgro bude kontinualno, da se ne dobije samo u pojedinim segmentima ili intervalima već na celoj dužini bušotine, da ono bude neoštećeno, neporemećeno, da bude kvalitetno. Istražno bušenje je praktično nezaobilazno pri svim inženjerskogeološkim istraživanjima uopšte. Troškovi bušenja obično predstavljaju najveću stavku u troškovima istraživanja. Zbog toga se pri istraživanjima vodi računa o tome da se potreban stepen istraženosti terena ostvari sa minimalnim obimom bušenja, ali uz optimalni raspored i dubinu, da bušenje bude maksimalno kvalitetno.

Istražno bušenje omogućava prikupljanje velikog broja podataka o stenskim masama i terenu i to: na osnovu ispitivanja izvadjenog jezgra, na osnovu ispitivanja zidova bušotine ili različitim merenjima u bušotinama. Pouzdanost podataka bušenja je manja nego pouzdanost podataka dobijenih u istražnim iskopima, a veća nego npr. pouzdanost podataka geofizičkih ispitivanja.

Bušenje koje se primenjuje u praksi zasniva se na mehaničkom delovanju na stensku masu. U fazi eksperimentalnog ispitivanja su medjutim sistemi bušenja sa termičkim, fizičko-hemijskim i elektrovarničkim delovanjem na stensku masu.

Za istražno bušenje koriste se posebna dleta - krune za bušenje. Zavisno od fizičko-mehaničkih svojstava stenskih masa koje se buše, potrebne dubine i brzine bušenja koriste se različite vrste kruna. Jezgro pri bušenju ulazi u tzv. sržnu cev i sa njom se vadi iz

252

bušotine. Za celo vreme bušenja bušotina se ispira vodom ili specijalno pripremljenom tečnošću - isplakom. Početak bušotine obično se zaštićuje obložnom - uvodnom kolonom, a u slučaju nestabilnosti zidova bušotine mogu se oblagati njeni dublji delovi pa i cela bušotina.

Pribor za vadjenje jezgra može biti običan i sa duplom, a u novije vreme trostukom - triplom jezgrenom cevi. Kod pribora sa duplom jezgrenom cevi jezgro je u toku bušenja zaštićeno od bušenja vodom i isplakom, pa se najčešće dobija bolji kvalitet jezgra, ali je njegov prečnik manji. Kvalitet jezgra dobijenog duplom sržnom cevi ne mora uvek biti bolji od onog koji se dobije iz obične sržne cevi.

Prečnici bušotina koji se rade za potrebe gradjevinskih objekata najčešće su: 146, 131, 116, 101, 86 i 76 mm. Zaštitne kolone su takodje standardizovane i njihov prečnik je manji za 3 mm od prečnika navedenih za bušenje. Po pravilu ne primenjuju se prečnici manji od 76 mm iz razloga što se od manjih prečnika bušenja ne mogu dobiti zadovoljavajući uzorci za laboratorijska ispitivanja.

Istražni bunari koji se ponekad izvode radi probnog crpljenja vode imaju prečnike znatno veće, da bi se u njih mogla spustiti pumpa za crpljenje vode. Prečnici bušotina za bunare najčešće su u granicama od 330-1200 mm.

U novije vreme razvijena je tehnika bušenja sa jezgrovanjem vrlo velikih prečnika pa se takve bušotine često nazivaju i bušena okna. Njihovi prečnici variraju od 936 - 1560 mm, tako da je omogućeno geologu da direktno vizuelno proučava zidove bušotine.

Prema pogonskoj snazi istražno bušenje može biti mašinsko i ručno. Najčešće pogonski motor je na naftu, a u slučajevima izrazito dubokih bušotina, gde bušenje jedne bušotine traje i više meseci, nekada se koristi i elektromotor.

Primenjuju se različita tehničko-tehnološki postupci-metode bušenja: rotaciono (sa običnom sržnom cevi, sa duplom sržnom cevi, sa krunama različitih vrsta, sa običnim sržnim cevima ili otežanim, sa svrdlom); udarno; sa bućkom. Konstruktivna rešenja kod svih grupisanih metoda su dosta slična, pa tako npr. kod rotacionog bušenja mogu biti garniture: na sankama; vučene jednoosovinske; vučene dvoosovinske; vučene na gusenicama. Kapacitet opreme je primeren dubinama koje se mogu ostvariti datom garniturom. Tako npr. bušilice kojima se može bušiti do dubine 100 m su značajno manje od onih kojima se može bušiti do dubine 300 m, pogotovu do 1000 m i dublje.

Najkvalitetnije bušenje, ujedno i najskuplje, se postiže bušenjem rotacionom metodom sa sržnom cevi i odgovarajućim krunama. Ovu metodu je moguće uspešno izvoditi u svim vrstama stena (granit, krečnjak, glinac, glina, les, pesak i dr.). Metoda je dobila naziv po tome što celokupni pribor rotira, okreće se, unutar bušotine, a njegov vrh tj. kruna seče stensku mase. Za tvrde stene, koje izgradjuje kvarc ili po tvrdoći njemu srodne stene, primenjuje se bušenje pomoću dijamantskih kruna, kojih ima različitih vrsta. Nabušena stena ulazi u sržnu cev i kada se izbuši željeni interval bušenja, ceo bušaći pribor se vadi na površinu terena gde se iz sržne cevi najčešće pomoću vode pod pritiskom istiskuje nabušeno jezgro. Ono se slaže u sanduke za čuvanje (Sl.13. .), vrši se stručni pregled jezgra i izbor uzoraka za laboratorijska ispitivanja. Za tvrde stene, krečnjačko-dolomitskog tipa i njima srodne, koriste se vidija krune. I za vidija krune, pogotovu dijamantske, neophodno je obezbediti njihovo hladjenje pomoću bistre vode, ili pomoću isplake odgovarajuće gustine. Ako se to ne obezbedi vrlo brzo, nekada i posle samo jednog intervala bušenja, mogu se pogotovu dijamantske krune uništiti.

253

Sl.13.1 .Fotografija jezgra istražne bušotine

Istražno bušenje treba da je kvalitetno. Takvi zahtevi su naročito aktuelizirani činjenicom da se bušenjem mogu drastično oštetiti sve svrste stena, od onih koje su najčvršće do mekih. U čvrstim stenama može se toliko razoriti njihova vezivna koheziona mineralna materija da od čvrste stene usitnjavanjem se dobiju odlomci krupnoće peska. Oštećenja u glinovitim stenama su drugačij. Naime, u njima može doći do zbijanja, rotiranja jezgra duž karakterističnih horizontalnih ravni tako da je praktično nemoguće dobiti kvalitetno jezgro za dalja ispitivanja. Oštećenja mogu kod nekih metoda bušenja, npr. kod bušenja bućkom, biti takodje veoma velika i značajna (moguć je gubitak prašinasto glinovite komponente iz peska i do 15%).

Jezgro može biti poremećeno ili neporemećeno. To praktično znači da ukoliko se dobije jezgro (npr. kernovi mermera) koje je kontinualno, nepolomljeno bušenjem, sa potpuno očuvanim prirodnim diskontinuitetima ono se može smatrati neporemećenim. Medjutim, ukoliko dodje do zbijanja jezgra, pri procesu bušenja ili pri istiskivanju iz sržne cevi, do mrvljenja, rotiranja ili drugih vidova deformacija jezgro se mora podrazumevati poremećenim. Stepen oštećenja može biti promenljiv. Ima mišljenja da je svako jezgro iz mekih stena, npr. gline ili peska, poremećeno i da samo jezgro uzeto cilindrom je neproremećeno. Ne sporeći da je to u praksi vrlo često slučaj, može se reći da su izuzeci retki kad to tako nije, ipak je potrebno naglasiti da je dužnost inženjera učesnika u bušenju da prilagodi tok bušenja tome da se i u takvim slučajevima uzorci jezgra dobijeni bušenjem mogu tretirati boljim nego oni koji su uzeti cilindrom. To u suštini znači da u slučajevima kada je izbušeno kontinualno jezgro i kad je ono zadovoljavajućeg kvaliteta, može se vršiti pravilan izbor uzoraka za dalja ispitivanja. Kada je reč o uzorku dobijenom cilindrom takodje postoje brojni činioci koji utiču na njegov kvalitet: sempla u bušotini; mogućnost

254

da se deo materijala pokupi sa zidova bušotine; tok bušenja i utiskivanja cilindra; istiskivanje uzorka iz cilindra; reprezentatitvnost zone u koju se cilindar utiskuje.

Podaci koji se dobijaju bušenjem i na osnovu jezgra

Istražno bušenje pruža mogućnost za dobijanje vrlo velikog broja različitih podataka o stenskim masama i terenu koji se istražuje. Vrsta, broj i stepen tačnosti tih podataka zavise od načina bušenja, jezgrovanja i vrste ispitivanja u bušotini.

Ispitivanjem jezgra koje se dobija uobičajenim postupcima bšenja mogu se dobiti sledeći podaci:

neposrednim opažanjem jezgra; - litološke vrste stenskih masa kroz koje se bušilo, - sklop stena, - prognozno, zona kolebanja NPV, - gustina, nagib i oblik zidova pukotina, slojevitosti i škriljavosti i drugih

strukturnih svojstava, - procena stepena mehaničke oštećenosti i hemijske izmenjenosti stene, - procena efekata injektiranja stenskih masa, - površina klizanja stenskih masa.

naknadnim ispitivanjem jezgra: - hemijski i mineralni sastav, - paleontološke karakteristike i starost, - fizičko-mehaničko-tehnološka svojstva.

Ispitivanjem orijentisanog jezgra, a naročito integralnog jezgra, pored svega napred navedenog može se još utvrditi:

- prostrorna orijentacija planarnih i linearnih elemenata sklopa (rasedi i rasedne zone, slojevitost, škriljavost, pukotine, klivaž, lineacija),

- broj familija pukotina i karakteristike pukotina svake familije (gustina, širina, oblik zidova pukotina).

Ispitivanjem zidova istražnih bušotina mogu se dobiti podaci o: - karakteru kontakta različitih litoloških članova, - položaju i orijentaciji pukotina, slojeva, raseda i dr. planara, - položaju orijentaciji, širini, vrsti ispune pukotina i kaverni, - mestima doticanja vode u bušotinu.

Ispitivanjem i opažanjem u bušotinama mogu se dobiti podaci o: - filtracionim karakteristikama stenskih masa, - kolebanju nivoa podzemne vode, - temperaturi stenskih masa, - deformabilnosti stenskih masa, - električnim, elastičnim (gravitacionim), magnetnim, radioaktivnim i

temperaturnim karakteristikama stenske mase duž zida bušotine. Na osnovu ispitivanja u više bušotina mogu se dobiti podaci o:

- geološkoj gradji terena na istražnom prostoru (sastavu, starosti, tektonskom sklopu),

- kvazihomogenim zonama po pojedinim značajnim parametrima, - pravcima i brzini toka podzemnih voda, - brzini prostiranja elastičnih talasa izmedju više bušotina i dr.

255

Priprema i kartiranje-pregled jezgra

Pre svakog detaljnijeg isptivanja jezgro se priremi - očisti, složi, označe se dubine pojedinih intervala bušenja. Jezgra čvrstih stena se čiste pranjem vodom, a jezgra glinovito-laporovitih stena struganjem nožem, jer se oko jezgra pri bušenju stvara sloj smrvljenog materijala koji maskira osnovnu masu jezgra. Jezgro se obavezno pakuje u drvene sanduke. Za velike gradjevinske objekte, gde je neophodno jezgro duže vremena čuvati bez prethodne njegove redukcije, obično se na svakom sanduku upisuje njegov redni broj, oznaka bušotine, dubina iz koje je jezgro nabušeno, obezbedjuje se poklopac i katanac za svaki sanduk. Sanduci se čuvaju dokle god se oceni da je to potrebno, po mogućnosti bar dok traju istraživanja terena, ili se deo reducira još za to vreme. Retki su primeri da se jezgro čuva više godina, a vrlo retki i duže od deset godina. Dugotrajno čuvanje jezgra ima smisla samo ako je jezgro kvalitetno i ako se radi o stenama koje se u vremenu bitno ne menjaju.

Vrlo je korisno da se jezgro fotografiše. Praksa je pokazala da fotografije i posle dužeg vremena mogu odlično poslužiti za vizuelni pregled stenskih masa. Nove mogućnosti čuvanja podataka: kamera-kartica-kompjuter i prikaz u formi slika u boji omogućuje vrlo efikasne mogućnosti lakog dugotrajnog i jednostavnog čuvanja bitnih podataka o jezgru, takodje ponovni pregled. Pogodnosti su i u tome što se takve slike, pri ponovnom pregledu mogu uvećavati. Pogodnosti su i u tome da će se na bazi takvih podataka moći mnogi elementi kvantifikovati.

Mineralne, petrološke, sedimentološke i paleontološke karakteristike jezgra se obično definišu na licu mesta, pri kartiranju jezgra. Pri tome se koriste priručna sredstva (lupa, nož, hlorovodonična kiselina). U slučaju potrebe biraju se karakteristični uzorci i šalju na specijalistička laboratorijska isptivanja.

Boja, svežina, alteracije stena, zapune pukotina sekundarnom mineralnom materijom i krupne makropore svih vrsta se, po pravilu, lako vizuelno identifikuju pri kartiranju jezgra.

Fizičko-mehanička svojstva stenske mase se pri ispitivanju jezgra grubo procenjuju ili mere primenom odgovarajućih brzih metoda (merenje ultrazvuka, čvrstoće jezgra i sl. ). Za detaljnija i preciznija ispitivanja karakteristični uzorci se šalju u laboratoriju. Radi izbora reprezentativnog uzorka jezgro treba prethodno da bude vizuelno ispitano i izdvojene zone približno homogenih fizičko-mehaničkih svojstava. U takvim slučajevima rezultati detaljnih ispitivanja na uzorku se mogu ekstrapolovati na zonu iz koje su uzorci uzeti.

Ispitivanje strukturnih svojstava naročito čvrstih stenskih masa, predstavlja jedan od najvažnijih zadataka u obimu geotehničkih istraživanja. U tu svrhu treba u svakom intervalu utvrditi procenat jezgra koji je dobijen bušenjem, zatim pažljivo pregledati svaki prelom jezgra, utvrditi da li je nastao zbog postojanja pukotine u tom delu stenske mase ili je nastao kao posledica sloma u toku bušenja ili vadjenja jezgra.

Analizom izdeljenosti jezgra može se proceniti ispucalost stenske mase, relativna ili stvarna orijentacija pojedinih pukotina i drugih elemenata sklopa.

Jezgro i njegovi odlomci-kernovi su procesom bušenja ili pri vadjenju iz sržne cevi pomereni tako da se planare ne mogu orijentisati u odnosu na zemljin sever. Za takvo jezgro se kaže da je neorijentisano. Taj problem je moguće u nekim slučajevima prevazići, npr. kada je u području bušotine poznata orijentacija slojevitosti, pa je tada moguće druge planarne elemente orijentisati u odnosu na te slojne površine. Da bi se taj problem

256

orijentacije prevazišao predloženi su brojni postupci, kao npr.: kernoskop K-5 (Kazgeofizipribor, Alma-Ata) i kernometar KP-2 (Novogireevski OKB, Moskva); M. Roch je u Nacionalnoj laboratoriji za mehaniku stena u Lisabonu razradio postupak vadjenja orijentisanog kontinualnog jezgra.

Prvu grupu postupaka orijentacije čine oni koji se sastoje u tome da se orijentiše jedan komad jezgra (npr. početni deo intervala bušenja) pa se ostali kernovi nadovezuju na taj orijentisani. Drugu grupu postupaka čini predlog Rosh-a, koji se sastoji u sledećem: interval u kome se želi izvaditi orijentisano, kontinualno jezgro, se izbuši malim prečnikom bušenja, zatim se taj interval obloži i injektira kroz obložnu kolonu, a kolona orijentiše. Po očvršćavanju cementa isti interval se izbuši širim prečnikom i izbušeno jezgro izvadi zajedno sa prethodno injektiranom obložnom kolonom. Tako se dobije ceo interval jezgra, bez gubitka i ujedno jezgro je orijentisano.

Ispitivanja u bušotini

Uvek se izvode odredjena ispitivanja u bušotini, a ne samo na jezgru koje je iz nje izvadjeno. Redje, u specifičnim slučajevima, ispituju se zidovi bušotine. Uvek se unutar bušotine izvode odredjena ispitivanja, jednostavna (npr. merenje NPV), ili vrlo opsežna i detaljna ispitivanja (npr. opiti VDP-a, presiometarska ispitivanja, dinamička penetraciona ispitivanja i dr.)

Ispitivanja zidova bušotine se vrši tako što se oni dogledaju opremom za to, fotografišu se a posle toga se analizira fotografija. U cilju posmatranja zidova bušotina koriste se TV kamere i bušotinski periskop, koji su primereni dimenzijama bušotina i uslovima koji u bušotini vladaju. Ispitivanje zidova podrazumeva da oni moraju biti čisti, da nisu obloženi kolonama, da su stabilni. To znači da se ta ispitivanja ne izvode uvek, već u specifičnim slučajevima, kada su ispitivanja zidova od važnosti.

U istražnim bušotinama se na lokacijama hidrotehničkih objekata vrše sledeća ispitivanja:

- vodopropustljivost stenskih masa (upumpavanjem vode pod pritiskom, nalivanjem i crpljenjem),

- vazduhopropustljivost stenskih masa, - opažanje kolebanja nivoa, a preko najmanje 3 bušotine odredjuje se i pravac

toka i brzina kretanja podzemnih voda, - merenje deformabilnosti stenskih masa različitim vrstama presiometara, - geofizička karotažna merenja, - seizmička ispitivanja izmedju bušotine i površine terena (down-holl i up-holl) ili

izmedju dve bušotine odnosno izmedju bušotine i galerija (cross-holl), - probna injektiranja.Bez obzira na vrstu isptivanja, analiza i interpretacija dobijenih rezultata se mora

vršiti vodeći računa o specifičnostima stenske mase, pa je stoga neophodno da se rezultati ispitivanja jezgra ili zidova koriste pri toj analizi i interpetaciji.

Obrada i prikazivanje podataka bušenja

Pri kartiranju jezgra bušotina evidentiraju se svi raspoloživi podaci. Evidentcija obuhvata zapise, grafički deo, često tonski zapis i snimke fotoaparatom ili kamerom. Nakon

257

obrade podataka vrši se finalno formiranje zapisnika o bušotini, toku bušenja, rezultatima. Potrebno je u zapisniku bušotine-profilu prikazati sve što je utvrdjeno, čak i ono što za rešenje datog problema nije od interesa. Ovakav pristup je opravdan, jer za rešenje nekog drugog problema ta ista bušotina i njen zapis u budućnosti može biti od koristi, a ne da se prave novi izdaci. Pogotovu je to opravdano sa napretkom kompjuterske tehnologije, kada baze podataka ustvari treba da kao osnovni istražni rad sadrže bušotinu.

Rezultati ispitivanja jezgra i drugih ispitivanja u unutrašnjosti bušotine se obično prikazuju na profilu istražne bušotine (Sl.13.2. ). Na profilu se prikazuju sledeći podaci:

- naziv i osnovni podaci o bušotini (kota, koordinate, bušač, datum, lokacija, tip garniture, metoda bušenja),

- dubine i kote intervala bušenja litoloških i drugih značajnih promena (kaverne, NPV, klizne površine i sl.),

- grafički prikaz rupe bušotine i konstrukcije pijezometra ili drugog pribora koji je u nju ugradjen,

- grafički prikaz jezgra i njegov tekstualni opis, podaci o pojavi izdanskih voda, podaci o posebnim pojavama i teškoćama pri bušenju (zaglave pribora, propadanje alata, mesta izrazito sporog ili izrazito brzog bušenja, mesta gubljenja vode ili isplake i sl.),

- mesta uzimanja uzoraka i vršenja opita, kao i najvažniji rezultati ispitivanja, - dijagrami ispucalosti stenske mase i karakteristične pukotine,

- procenat dobijenog jezgra i sl.

258

Sl.13.2. Inženjerskogeološki profil istražne bušotine

Rezultati većeg broja istražnih bušotina prikazuju se obično pri interpretaciji inženjerskogeoloških ili hidrogeoloških preseka ili na odgovarajućim kartama. Na kartama se bušotine prikazuju oznakama i brojem, u pojedinim slučajevima stubovima bušotina sa osnovnim rezultatima, a karakteristični detalji u zavisnosti od vrste karte i njene namene.

13.3. Istražni iskopi

U istražnim iskopima se vrši direktno osmatranje stenskih masa na licu mesta i to pregledom njihovih zidova i iskopanog materijala. Istražni iskopi mogu biti plitki, kada su relativno jeftini i duboki kada su izuzetno skupi. Zbog toga se dubokim iskopima pristupa samo kad su u pitanju izuzetno veliki i složeni gradjevinski objekti i to dvojako. Prvo kada oni imaju karakter istražnog rada, tada se namenski izvode da bi se ispitivanja izvela i na bazi toga pristupilo najčešće finalizaciji glavnog gradjevinskog projekta objekta. U drugom slučaju, u fazi izgradnje odredjenog tipa objekta i iskopa za njega, neke deonice se proglašavaju istražnim i tada se u njima izvode projektovana ispitivanja. Kada se radi o dubokim istražnim iskopima mora se strogo voditi računa da su iskorišćene sve mogućnosti dobijanja potrebnih podataka svim drugim mnogo jeftinijim istražnim radovima, pa tek kada se utvrdi da potrebni podaci ne mogu da se dobiju tim drugim metodama, pristupa se izvodjenju dubokih istražnih iskopa. Tako npr. nikada ne treba započeti iskope opitnih galerija, na pregradnom profilu brane, ako drugim istražnim radovima i odgovarajućim odlukama pregradni profil nije već odredjen. Tada će istražne galerije kao i sva ispitivanja u njima doprineti finalnom preciziranju stvarnih geotehničkih uslova na pregradnom profilu.

Vrste istražnih iskopa

Istražni iskopi se dele na plitke i duboke. Plitki su: raskrivke, zaseci, rovovi i jame. Duboki su: okna i potkopi ili istražne galerije (Sl.13.3.).

Plitki istražni iskopi primenjuju se uglavnom za otkrivanje površine terena. Njihova dubina iznosi do 0,5 m kod raskrivki, do 3 m (samo izuzetno i do 5 m) kod zaseka, rovova i jama. Ostale dimenzije plitkih istražnih iskopa nisu strogo odredjene već se u svakom konkretnom slučaju odredjuju prema svrsi samih istraživanja, odnosno prema zahtevima za kartiranje iskopa, uzimanje uzoraka iz njega ili vršenje ispitivanja u njemu. Bočne strane ovih iskopa su obično vertikalne.

Duboki istražni iskopi služe da se zadje u dublje delove terena. Kad predstavljaju istražne radove dubina okna retko prelazi 50 m, a dužina potkopa je najčešće do 100 m.

Oblik i veličina poprečnog preseka okna ili potkopa najčešće nisu bitni sa gledišta istraživanja, jer se traži samo to da se u njih može nesmetano ući, opažati stensku masu i vršiti različita ispitivanja u njima. Minimalni profil, medjutim, odredjuju sami uslovi iskopa i podgradjivanja, pa se obično izvodjaču radova prepušta da sam odabere oblik i veličinu profila koji mu najviše odgovaraju. Obično se okna rade kružnog preseka prečnika dva metra, ili kvadratnog preseka 2 x 2 m, ili pravouganog preseka dimenzija 1,5 x 2 m. Potkopi se obično rade pravougaonog ili trapezastog preseka, dimenzija 1,5 x 2 m ili 2 x 2 m.

259

Sl.13.3. Vrste istražnih iskopa;1 - jama, 2 - zasek, ; 3,4-okno; 5-galerija; 6-niskop; 7-tunel (strelicom je prikazan pravac napredovanja iskopa)

Način izrade istražnih iskopa

Plitki istražni iskopi se obično rade ručno. Istražne raskrivke, rovovi i zaseci koji mogu imati relativno veliku površinu odnosno dužinu rade se često i mašinski -buldozerima, skrajperima ili rovokopačima. Primena mašina za iskop je, medjutim, rentabilna samo ako se one nalaze u neposrednoj blizini jer su količine iskopa za ove radove ipak male pa se nebi isplatilo samo za njih dovoziti mehanizaciju. Pošto se pri iskopu ovih radova praktično samo skida površinski Zemljia sti pokrivač - regolit miniranje nije potrebno. Ako se rade na padinama iskopani materijal treba treba odlagati sa nizbrdrdne strane. Podgradjivanje plitkih iskopa vrši se samo kod dubljih jama. Podgradjivanje je, naime, obavezno za iskope dublje od 3 m. Medjutim, kada to zahtevaju lokalni uslovi, nestabilan teren, visok NPV i sl. treba podgradjivati i pliće jame. Vrste podgrade i način podgradjivanja zavise od oblika i dubine jame te karakteristika tla u kome je ona. Iskop i podgradjivanje dubljih istražnih jama mogu raditi samo kvalifikovani radnici.

Dublji istražni iskopi izvode se prema posebnim projektima koji se rade za svaki takav rad pošto izvodjenje ovih radova može biti ne samo skupo već i opasno. Projektom se pored mesta, pravca, dubine, veličine i oblika poprečnog preseka, utvrdjuje i sledeće:

- način iskopa i izvoza iskopanog materijala; - način i vreme podgradjivanja; - način ventilacije i odvodnjavanja; - mere higejensko-tehničke zaštite pri radu; - način zatrpavanja ili konzerviranja istražnog objekta; - moguće uklapanje istražnog iskopa u konačni objekat za koji se istraživanja

izvode (npr. istražnog okna na klizištu u deo potporne konstrukcije, ili u objekat iz koga će se odvoditi drenažama prikupljene vode; istražne galerije u eksploatacionu i dr.).

Iskopi se najčešće izvode ručnim kopanjem u tlu, ili miniranjem u čvrstim stenskim masama. Zavisno od dubine ili dužine, izvoz materijala se u većoj ili manjoj meri mehanizuje. Njihova mala dubina, odnosno dužina predstavlja ograničavajući faktor za primenu mehanizacije. Podgradjivanje i način izvodjenja su regulisani rudarskim propisima. Iskop ovih istražnih radova mogu vršiti samo kvalifikovana lica.

260

U tlu se i okna i potkopi obavezno podgradjuju. U čvrstim stenama podgradjuju se onoliko koliko je nužno za obezbedjenje njihove stabilnosti odnosno sigurnosti ljudstva. Ako to lokalni uslovi zahtevaju vrši se i njihovo odvodnjavanje i provetravanje. Posebne teškoće može predstavljati izvodjenje ovih istražnih objekata u nestabilnim terenima, ili ako su u izdanskoj zoni terena.

Namena istražnih iskopa u geotehnici

Plitki istražni iskopi služe za najdetaljnije vizuelno proučavanje stenskih masa radi utvrdjivanja njihovih litoloških i strukturnih karakteristika, alterisanosti i sl. ili se često rade da bi se proverila prognoza o postojanju rasednih zona, kontakta različitih stena i dr.

Osim navedenog plitki iskopi služe za masovno uzimanje proba, uzimanje velikih i orijentisanih uzoraka, a redje za eksperimentalna ispitivanja, uglavnom probna opterećenja i probna nalivanja vode.

Za iste ciljeve služi i svaki duboki istražni iskop. Pored toga, duboki istražni iskopi mogu još da služe za:

- utvrdjivanje površina klizanja na klizištima, - utvrdjivanje efekta injektiranja, - izvodjenje različitih eksperimentalnih merenja i ispitivanja " in situ", - ocenu uslova iskopa i stabilnosti podzemnih objekata. - isptivanje podzemnih voda, - merenje temperature stena, - merenje količine štetnih gasova,

Iskop koji se kartira mora biti dovoljno čist kako bi bilo moguće uočiti sve moguće detalje. To je naročito bitno za okna i potkope, jer je u njima vidljivost i inače smanjena.

Zidovi iskopa su obično prekriveni slojem prašine, nekad debelim i više mm, koja potiče od miniranja. Čišćenje se vrši vazduhom, vodom ili kombinovano. Za čišćenje starih iskopa koriste se i čelične četke.

Da bi se podaci pri kartiranju precizno nanosili na plan vrši se u slučaju okana i potkopa, obeležavanje dužina i visina. Na odredjenim rastojanjima se tačnost obeležavanja kontroliše intrumentalno. Kod okana kružnog ili nepravilnog poprečnog preseka pri obeležavanju se još označe strane sveta.

Najbolje je da se kartiranje vrši paralelno sa izvodjenjem iskopa iz više razloga: - ako se istražni objekat podgradjuje, neophodno je da se kartiranje izvede pre

podgradjivanja, jer su data zidovi dostupni pregledu, - neposredno po iskopu zidovi se najlakše očiste, ako je to neophodno, - može se izvesti objektivno zoniranje, na osnovu istražnih radnji na licu mesta, - na odgovarajućim mestima, u iskopu, moguće je izvesti opite kojima se precizira

ponašanje stenske mase i ponašanje iskopa. U cilju objektivnijeg zoniranja stenskih masa poželjno je imati mogućnost

istovremenog opažanja stenskih masa u većem području. Stoga je poželjno da se ostavlja nepodgradjena što veća dužina okna ili potkopa, naravno, da pri tome ne sme ni u kom slučaju biti ugrožena stabilnost iskopa niti sigurnost ljudstva i opreme.

Specifični problemi koji se javljaju pri kartiranju okana i potkopa su smanjena vidljivost, vlaga i voda, buka, prašina, zagušljivost i uticaj gvoždja na rad geološkog

261

kompasa. Zbog toga, po pravilu, kartiranje mora da izvodi geolog sa pomoćnikom, zavisno od lokalnih uslova koristi se potrebna oprema za osvetljenje, pisanje i posebne vrste kompasa.

Kao podloge na koje se nanose podaci obično služi milimetarski papir, za detaljniji rad mogu služiti i fotografije, koje se rade za celu površinu iskopa, neposredno posle iskopa, a pre kartiranja.

Razmera kartiranja poželjno je da bude što krupnija, obično 1:100 - 1:10. Za završnu dokumentaciju razmera priloga se smanjuje i usaglašava sa razmerom ostale projektne dokumentacije.

Pri kartiranju se obično pregleda cela površina iskopa osim dna galerije. U slučajevima kada je visina galerije velika nije nužno da se podaci sa svih delova galerije prikupljaju sa istom gustinom.

Pri pregledu zidova iskopa registruju se svi vidljivi elementi:1. Sve litološke karakteristike stenskih masa, uključujući njihov mineralni sastav,

strukturu i teksturu, vrsta izmena primarnih sastojaka procesima površinskog raspadanja ili drugim vidovima alteracija. Pri ispitivanju alterisanosti stena treba naročito izdvojiti razne vidove alteracija, njihovo rasprostranjenje, zonalnost pojave duž diskontinuiteta i sl.

2. Diskontinualnost stenskih masa uključujući: - genetski tip diskontinuiteta; - elemente pada; - relativnu starost u odnosu na susedne diskontinuitete a prema karakteru

medjusobnih preseka; - upravna rastojanja medju susednim diskontinuitetima iste familije; - opis morfologije diskontinuiteta u makro i u mikro području; - trase diskontinuiteta; - veličine zeva i vrste ispuna; - promene na zidovima diskontinuiteta na primer raspadnutost, hidrotermalna

izmenjenost ili mehanička oštećenost; - tragovi smicanja na zidovima; - pojave vode ili vlage.3. Pojave podzemnih voda se konstatuju, a potom prate dok traju istraživanja ili u

dužem periodu. Obzirom na stanje vlažnosti stenskih masa i količine voda koje ističu iz pukotina ili kaverni treba izršiti klasifikaciju pukotina, kaverni i njihovih ispuna.

Svaku značajniju pojavu podzemne vode treba kartirati radi kontrolisanog odvodjenja i praćenja izdašnosti. Oticaj ukupnih količina voda iz potkopa treba omogućiti i stalno meriti. Vode iz istražnih okana treba takodje meriti pri pumpanju. Uz količine se redovno meri i temperatura vode, a u slučaju potrebe uzimaju se uzorci za hemijska i druga ispitivanja.

4. Ostali podaci koji se beleže pri kartiranju okana i potkopa su: - temperatura stene i vazduha u iskopu; - sadržaj štetnih (otrovnih i eksplozivnih) gasova u iskopu; - efekati geotehničkih melioracija; - procena stepena stabilnosti podzemnog iskopa i potreba veštačkog poboljšanja

stenske mase. 5. U istražnim potkopima mogu se vršiti sledeća ispitivanja: - otpornost na smicanje stenskih masa; - otpornost na smicanje kontakta beton - stena;

262

- deformabilnost stenskih masa; - probna opterećenja; - naponska stanja (primarna i sekundarna) u stenskim masama, oko iskopa; - filtraciona svojstva; - različita geofizička ispitivanja; - deformacije profila istražnog iskopa; - podzemni pritisci na podgradu i oblogu; - probno čupanje ankera i drugo.

Ispitivanje otpornosti na smicanje stenske mase (kroz masu ili duž postojećih diskontinuiteta kao što su pukotine, slojevitost, škriljavost i dr) vrši se na velikim blokovima promenljivih dimenzija. Smicanje duž otvorenih diskontinuiteta vrši se na većim blokovima sa površinom smicanja i do 5 m2. Obično se smiču 3 bloka. Pri tome se zadaje konstantno vertikalno naprezanje na svaki pojedinačni blok (σ) s tom razlikom što su vertikalna naponi različito zadati za svaki od tih blokova. Zatim se vrži smicanje svakog od tih blokova (Sl.13.4), sve do loma. Na osnovu merenih napona i dilatacionih pomeranja lako je odrediti lom. Na dijagramu na kome je na apscisi σ napon a na ordinati τ napon, odredjuju se parametri otpornosti na smicanje: kohezija i unutrašnje trenje. Metodološki posmatrano istovetna ispitivanja se izvode i u laboratorijskim uslovima, na malim uzorcima, opitima direktnog smicanja ili u triaksijalnom aparatu na uzorcima poluvezanih i nevezanih stena. Suštinske razlike proističu samo iz veličine uzorka i njegove reprezentativnosti.

Sl.13.4. Ogled smicanja velikog bloka u "in situ" uslovima

263

Ogled smicanja - klizanja duž kontakta beton - stena obično se vrši u podlogama visokih betonskih brana. Betonski blokovi koji se smiču imaju površinu i do 10 m2.

U istražnim potkopima često se, za velike objekte, izvode isptivanja deformabilnih svojstava stenskih masa pomoću "hidrauličkog jastuka" (Sl.13.5.), radijalne prese, hirauličke raspinjače, probne komore i dr.

Naponsko stanje u stenskoj masi meri se uglavnom u isražnim prostorijama primenom različitih metoda od kojih se najčešće primenjuju: metoda Oberti, metoda sa centralnom bušotinom i metoda Tincelin-Mayer.

Metoda Oberti spada medju najstarije. Ona je zasnovana na principu oslobadjanja napona. Meri se dilatacija kada se izvodjenjem specijalnih proreza stena oslobodi napona.

Metoda sa centralnom bušotinom (Electricite de France) zasniva se na delimičnom oslobadjanju napona. Napon u stenskoj masi se delimično oslobadja izvodjenjem centralne bušotine.

Metoda Tincelin - Mayer zasniva se na oslobadjanju i na ponovnom uspostavljanju napona u stenskoj masi. U prvoj fazi se u neporemećenu stenu ugrade elektroakustični ekstenzometri. U drugoj fazi se stena oslobadja napona jednim ravnim prorezom. U trećoj fazi se u prorez ugradjuje jedan limeni jastuk, a medjuprostor izmedju jastuka i stene se ispuni cementnim malterom. Kad malter stvrdne, u jastuk se

upumpava voda dok tako uspostavljeni pritisak i odgovarajući ekstenzometri ne pokažu početnu frekvenciju iz prve faze. Napon u stenskoj masi odgovara pritisku u limenom jastuku, koji se direktno čita na manometru.

Ovi podaci osim toga omogućuju utvrdjivanje korelacionih veza izmedju razližitih svojstava stenskih masa, posebno izmedju strukturnih i fizičko-mehaničkih što može imati ne samo praktičan već i teorijski značaj.

Obrada podataka ispitivanja iskopa

Rezultati kartiranja istražnih iskopa i drugih ispitivanja u njima prikazuju se ili pojedinačno za svaki istražni iskop ili u sklopu rezultata drugih istražnih radova na inženjerskogeološkim kartama i presecima. Rezultati istraživanja se obično prikazuju na presecima terena na mestu istražnog iskopa ili na razvijenim profilima iskopa (Sl.13.6.).

264

Sl.13.5. Dispozicija opreme za ispitivanje "hidrauličkim jastukom"

Sl.13.6. Razvijeni inženjerskogeološki profil istražnog okna; 1-humus; 2-meka glina, žuta; 3-pesak, žuti; 4-glina srednje tvrda, braon; klizna ravan i zona klizanja; 130/45-elementi pada

glatkih, smičućih pukotina

Razvijeni profili kao i preseci terena na mestu iskopa mogu se dopuniti sa tekstualnim ili grafičkim prikazima najvažnijih rezultata istraživanja, uslovima iskopa istražnog objekta, ili prognozom uslova iskopa budućeg objekta.

13.4. Geofizička ispitivanja

Geofizička ispitivanja predstavljaju grupu metoda kojima je zajedničko to da se njima utvrdjuju parametri fizičkih polja. Ove metode nalaze sve veću primenu tako da praktično i nema ozbiljnijih geotehničkih istraživanja koja, u većoj ili manjoj meri, ne obuhvataju i geofizička ispitivanja. Kao i sve druge metode i geofizičke imaju odredjene dobre strane, ali i nedostatke. Osnovne prednosti ovih metoda su u njihovoj relativno niskoj ceni i brzini izvodjenja na terenu. Osim toga, njima se dobijaju objektivni kvantitativni pokazatelji ispitivanih fizičkih svojstava stenskih masa. Ograničenja u primeni proizilaze iz činjenice da rezultati merenja mogu biti posledica različitih pojava u terenu, pa njihova interpretacija u većini slučajeva predstavlja, više ili manje, pouzdanu prognozu.

265

Metode geofizičkih ispitivanja

Medju mnogobrojinim geofizičkim metodama, u inženjerskoj geologiji se najčešće primenjuju geoelektrične i seizmičke. Znatno redje, mada njihova primena nije iskuljučena, koriste se: gravimetriske, geomagnetske, elektromagnetske, geotermske metode.

Geoelektrične metode

Geoelektrične metode su bazirane na elektroprovodljivosti stenskih masa, odnosno na otporu koji stenske mase pružaju provodjenju struje. Pri geotehničkim ispitivanjima najčešće se koriste metode geoelektričnog sondiranja i geoelektričnog kartiranja. One spadaju u grupu metoda prividne specifične otpornosti. Bazirane su na registraciji i analizi električnog polja koje se stvara isključivo veštačkim izvorom, dok se teži da se uticaj prirodnih električnih polja otkloni.

Kod metoda prividne otpornosti koristi se dispozitiv sa četiri elektrode (Sl.13.7.). Elektrode A i B su električnim kablovima povezane sa izvorom jednosmerne struje i sa mernim instrumentom (miliampermetar) kojim se meri jačina struje koja se elektroda A i B emituje u tlo. Elektrode M i N su spojene kablovima za milivoltmetar kojim se meri razlika potencijala, izmedju tačaka M i N, koja je stvorena strujnim tokom izmedju predajnih elekmtroda A i B. Sve četiri elektrode treba da su približno na pravoj liniji, a postavljene su simetrično u odnosu na centralnu tačku O. Elektrode A i B zovu se obično strujne, a elektrode M i N potencijalne.

U slučaju kada su stenske mase koje izgradjuju teren homogene u pogedu električne provodljivosti sa nekom

specifičnom otpornošću 1ρ

1 strujne

linije su simetrične u odnosu na centar dispozitiva (O). Razlika potencijala ( ∆U ) izmedju tačaka M i N (U UM

ANA− )

biće:

266

Sl.13.7. a) Dispozitiv elektroda; b) Strujne i ekvipotecijalne linije u jednoslojnoj sredini; c)

strujne linije u dvoslojnoj sredini

( ∆ U=U UMA

NA− =

gde su:

ρ1 − specifični električni otpor stenskih masa u terenu, I - jačina struje,

Pošto vrednost AM i AN zavise samo od položaja elektroda, to se za odredjeni dispozitiv može usvojiti:

AN

1

AM

1k

−

π=

odakle sledi: k

I1U⋅ρ

=∆

I

Uk1

∆=ρ

Pri izvodjenju merenja instrumentalno se registruje razlika potencija ∆U i jačina struje I. Poznata su rastojanja elektroda, ona mogu biti promenljiva od slučaja do slučaja, pa se može sračunati specifična električna otpornost stenske mase. Ako je teren koji se ispituje homogen ova otpornost se naziva stvarna specifična električna otpornost. Ako teren nije homogen, već se sastoji npr. od dve sredine različite električne otpornosti, dobijena vrednost specifične električne otpornosti neće biti jednaka otpornosti ni jedne ni druge sredine, već će imati neku vrdnost izmedju te dve. Tako dobijena otpornost se naziva

prividna ( ρ p ).

Dubina prodiranja strujnih linija je direktno proporcionalna i za isna od medjusobnog rastojanja strujnih elektroda (A i B).

Pri električnom sondiranju vrši se postepeno povećanje rastojanja izmedju strujnih elektroda. Tako se postiže sve veća dubina do koje dopiru strujne linije, odnosno povećava se dubina zahvata. Mereći jačinu struje, razliku potencijala i rastojanje elektroda za svaki položaj elektroda računa se vrednost prividne otpornosti. Te vrednosti se grafički prikazuju na dijagramu kao funkcija rastojanja AB/2.

Logaritamska razmera omogućuje prikazivanje podataka na manjoj površini, a omogućuje i jednostavnije tumačenje rezultata.

267

Sl.13.8. Geoelektrični profil profil terena, brana Mratinje, po V.Pješčiću ρ1-vrlo karsti-fikovani krečnjak; ρ2-manje karstifikovani krečnjak ; ρ3-škriljc, peščari, eruptivne stene

Postupak geoelektričnog kartiranja se sastoji u tome da se ceo dispozitiv elektroda pomera duž profila, pri čemu je rastojanje elektroda nepromenljivo. Tako se ostvaruje uvek isti dubinski zahvat merenja ali se pri tome konstatuju promene u električnoj otpornosti duž ispitivanog profila. Postupak merenja je inače identičan kao pri sondiranju. Prividna električna otpornost se računa po formuli:

I

Uk1

∆⋅=ρ

Pri tome merena vrednost otpornosti se pripisuje centralnoj tački dispozitiva. Ako se kartiranje ponovi, jednom ili više puta, sa povećanim rastojanjem elektroda (time se povećava i dubina zahvata), dobiće se promena električne otpornosti duž profila na različitim dubinama.

Uslov za uspešnu primenu geoelektričnih metoda je postojanje stenskih masa sa izrazito različitim električnim svojstvima.

Seizmičke metode

Seizmičke metode ispitivanja su se razvile iz nauke o zemljotresima - seizmologije, a zasnovane se na pojavi prostiranja elastičnih talasa kroz stenske mase. Za razliku od seizmologije u kojoj se izučavaju talasi nastali usled zemljotresa dakle prirodnim putem, pri seizmičkim ispitivanjima se izučavaju talasi koji su veštački izazvani. Talasi se izazivaju najčešće otpucavanjem malih količina eksploziva, redje i na neki drugi način. Tako mesto izazivanja talasa postaje izvor talasa koji se kreću kroz teren.

Seizmički talasi se od izvora prostiru kroz stenske mase u svim pravcima. Ako je stenska masa homogena seizmički talas će se kroz nju prostirati bez prelamanja ili odbijanja. Nasuprot tome, što je u prirodi daleko češći slučaj, stenske mase ne predstavljaju homogenu sredinu pa na granicama izmedju stenskih masa različitih elastičnih osobina dolazi do prelamanja talasa i njihovog odbijanja od tih granica. Prema tome seizmički talas

268

od izvora do neke tačke na površini terena, može stići bez prelamanja i odbijanja ili posle prelamanja na jednoj ili više granica, posle odbijanja od neke granice ili sl.

Po načinu prenošenja talasnog kretanja, seizmički talasi mogu biti uzdužni (longitudinalni) ili poprečni (transverzalni). Uzdužni talasi nastaju pod uticajem normalnih napona, čestice pri tom vidu kretanja prenose svoje oscilacije u pravcu prostiranja talasa. Poprečni - transverzalni talasi nastaju pod delovanjem tangencijalnih napona. Čestice pri tome osciluju upravno na pravac prostiranja talasa. Brzina poprečnih talasa je manja od brzine podužnih talasa i mogu se izraziti u vidu sledećih formula:

⋅µ−µ+

µ−

ρ=

)21)(1(

1Elv

)1(2

1Etv

µ+⋅

ρ=

gde su:E - modul elastičnosti stenske masevl - Brzina prostiranja elastičnih longitudinalnih talasavt - Brzina prostiranja elastičnih transverzalnih talasaρ - Gustina stene kroz kojus se talas krećeµ - Poisonov koeficijent (najčešće 0,2-0,3)

Iz talasnog izvora talas se prostire tako što svaka čestica do koje je talas stigao prenosi svoje oscilacije u svim pravcima na susedne čestice, u skladu sa Hajgensovim principom talasnog kretanja po kome svaka čestica do koje je talas dopro postaje sama izvor novog talasa (Sl.13.9.). Na granici dve sredine sa različitim elastičnim svojstvima a time i različitim brzinama kretanja talasa (v1 i v2) čestice do kojih je talas stigao postaju izvori novih talasa. Pri tome se jedan deo energije prenosi na čestice u drugoj sredini, a drugi se vraća kroz prvu sredinu.

269

Sl.13.9. Prostiranje prelomljenih talasa (a) i odbijenih talasa (b), po T Dragaševiću

Zakoni prelamanja seizmičkih talasa su isti kao i za svetlosne talase, tj.

β

α=

sin

sin

2v1v

Pri refletkovanju seizmičkih talasa sa neke granične ravni ugao reflektovanja (α1) jednak je upadnom uglu tog talasa u odnosu na graničnu površinu (α).

U seizmičkim metodama najčešće su predmet interesovanja samo uzdužni-longitudinalni talasi jer se oni najbrže prostiru kroz stenske mase.

Talasi se izazivaju mehaničkim udarom, eksplozivom ili posebnim izazivačem vibracija tla. Potom se registruje nailazak talasa na odredjenim tačkama po površini terena, pomoću posebnih instrumenata-geofona. Geofoni se povezuju kablovima sa seizmičkom

270

aparaturom koja ima pojačivače, filtere i opremu za: kontrolu napona, merenje vremena, beleženje trenutaka izazivanja talasa i dr.

Dijagram vremena pristizanja talasa, u zavisnosti od rastojanja od izvora talasa, predstavlja hodohoronu. Oblik hodohrone zavisi od brzina prostiranja talasa kroz slojeve kroz koje se seizmižki talas kreće, debljine i nagiba tih slojeva.

Zavisno od toga da li se analiziraju reflektovani (odbijeni) ili refraktovani (prelomljeni) talasi razlikuju se refrakcione i reflektivne seizmičke metode.

Refrakciona metoda

Refrakciona seizmička metoda je zasnovana na refraktovanim talasima. Preduslov da se ista može primeniti je da postoje bar dve sredine, pri čemu je brzina prostiranja talasa u plićoj sredini uvek manja od brzine prostiranja talasa u dubljoj sredini. Granica medju sredinama može biti horizontalna, ili nagnuta na jednu ili drugu stranu. Za analizu je najjednostavniji slučaj kada je granica medju sredinama horizontalna, što je realno gledano u prirodi, iz poznatih razloga, vrlo redak slučaj.

Kada upadni talas dospe do granične površine izmedju sredina različitih brzina prostiranja elastičnih talasa, tada dolazi do ostvarenja uslova da svaka takva tačka postaje izvor novog talasa koji nastavlja da se kreće u svim pravcima. Za refrakcionu metodu jedino su značajni refraktovani talasi.

Koordinatni sistem t - x ima početak (0) u tački talasnog izvora i u početnom vremenu (t=0). Od tog momenta, od izvora S na sve strane prostiru se talasi i to kroz prvu sredinu brzinom V1. Kada talasi dodju do granice dve sredine, oni se refraktuju u drugu sredinu i reflektuju sa granice dveju sredina. Analizirajući položaje direktnih i prelomljenih talasnih frontova (Sl. .) vidi se da će na jednom odredjenom rastojanju OD u geofone prvo pristizati direktni talasi, a dalje od tačke D prvo će pristizati prelomljeni talasi. Kriva linija AD, dakle, predstavlja liniju do koje će istovremeno stizati direktni i prelomljeni talasi.

Nagibi dve grane hodohrone omogućavaju da se sračunaju brzine seizmičkih talasa u odgovarajućim sredinama ( ∆ ∆x t/ ). Položaj tačke E omogućava da se sračuna debljina prve odnosno dubina do druge sredine. Na taj način se dobija profil terena sa kvazihomogenim zonama u pogledu brzina prostiranja talasa. Za praktične potrebe preostaje da se izvrši analiza, ili reinterpretacija, takvog fizičkog modela i da on dobije formu geotehničkog modela terena. To znaži da će on poslužiti, samostalno ili zajedno sa rezultatima drugih metoda ispitivanja, da se u konačnom dobije profil terena po nekom parametru koji se koristi u geotehnici (litološki sastav, ispucalost, alterisanost, karakteristična fizičko-mehanička svojstava ili dr.).

271

Sl. 13.10.Hodohrone refraktovanih talasa u troslojnoj sredini

Reflektivna metoda

Reflektivna metoda je zasnovana na brzini prostiranja refelktovanih-odbijenih elastičnih talasa. Talasi se kreću od izvora talasa do granice gde se reflektuju, nadalje posle reflektovanja do geofona. Za razliku od refrakcione metode kod koje se geofoni postavljaju duž profila čija je dužina znatno veća od dubine ispitivnja, kod reflektivne metode rastojanja izmedju geofona i tačke paljenja (talasni izvor) je znatno kraće od dubine ispitivanja. Dispozitiv ili raspored izvora talasa i geofona se

unapred zadaje, a meri se vreme dolaska reflektovanih talasa. Prijemnici su snabdeveni uredjajima za prigušenje direktnih talasa.

Na osnovu nailaska direktnih talasa moguće je odrediti brzinu seizmičkih talasa u prvoj sredini kao kod refrakcione metode. Medjutim, brzine talasa u ostalim sredinama nije moguće odrediti na osnovu registrovanih reflektovanih talasa pošto su nepoznate debljine pojedinih sredina. Zato se brzine odredjuju na drugi način (npr. seizmičkim ispitivanjima u bušotinama) pa se onda na osnovu toga odredjuju dubine do granica pojedinih sredina u terenu sa kojih su se talasi odbili.

Na bazi reflektivne seizmičke metode dobija se profil terena po parametru brzina prostiranja elastičnih talasa, kao i kod refrakcione metode. Njegova reinterpretacija, u smislu identifikovanja sa geotehničkim modelom, je istovetna kao i kod refrakcione metode.

Ostale metode geofizičkih ispitivanja

Gravimetrijske metode su bazirane na merenju anomalija normalnog gravitacionog Zemljinog polja. Anomalije su izazvane promenama gustine stena tj. neravnomernim rasporedom masa različitih gustina.

Instrumenti koji služe za gravimetrijska ispitivanja nazivaju se gravimetri. Geomagnetske metode se zasnivaju na činjenici da se magnetne osobine stena koje

gradeZemljinu koru medjusobno razlikuju. Za geomagnetska merenja koriste se različiti instrumenti a najžešće magnetne

vage i magnometri. Geomagnetske metode se uspešno primenjuju u terenima izgradjenim od stenskih

masa čija se magnetna svojstva izrazito medjusobno razlikuju. Zato najviše i služe za otkrivanje rudnih ležišta, ali isto tako i za rešavanje svih drugih problema primenjene geologije u kojima može biti korisno izdvajanje stenskih masa različitih magnetnih osobina.

Geotermijske metode zasnivaju se na proučavanju prirodnih toplotnih polja u Zemljinoj kori. Pri tome je od najvećeg praktičnog značaja toplotna provodljivost stena. Rezultati merenja se prikazuju na profilima ili kartama u obliku izotermi i geotermalnih gradijenata.

272

Sl. 13.11. Reflektovani talasi; TP1-izvor talasa; G1-geofon; O/tačka reflektovanja talasa

Radiometrijske metode se zasnivaju na merenju radioaktivnih emanacija koje nastaju raspadanjem radioaktivnih minerala. Na taj način se može utvrditi prostorni položaj stena sa povećanim sadržajem tih minerala ili položaj raseda i pukotina koje omogućavaju prolaz i akumulaciju radioaktivnih emanacija.

Geofizička ispitivanja u bušotinama, mogu biti raznovrsna. Najčešće se izvode opiti geofičkog karotaža u bušotini (više metoda), opiti seizmičkih ispitivanja u bušotini, opiti seizmičkih ispitivanja izmedju bušotina-seizmičko prozračivanje i dr.

Karotaž bušotina pruža mogućnost da se odrede neki geometrijski i tehnički parametri bušotine (što je naročito interesantno kod vrlo dubokih bušotina), kontakte izmedju razližirtih vrsta stenskih masa i svojstva tih masa, temperaturu i pritisak u bušotini. U tu svrhu koriste se gotovo sve geofizičke metode, stim što uredjaji za merenje moraju biti prilagodjeni uslovima rada u bušotini.

Geoelektrični karotaž odgovara merenju prividne specifične električne otpornosti na površini terena. U bušotinu se spušta odgovarajuća sonda. Sonda se pomera duž bušotine sa konstantnim rastojanjem elektroda, pa ova merenja odgovaraju metodi geoelektričnog kartiranja. Obično se jedna od elektroda nalazi van bušotine, na površini terena. Za dublje zahvate u stenskoj masi merenje se ponavlja sondom sa većim rastojanjem elektroda.

Postoji više tipova sondi, a oni se medjusobno razlikuju uglavnom prema rasporedu prijemnih i predajnih elektroda.

Radioaktivni karotaž se izvodi mereći prirodnu ili veštačku izazvanu radioaktivnost stena. Pri merenju prirodne radioaktivnosti meri se gama zračenje koje se javlja usled raspadanja urana i torijuma. Intenzitet ovog zračenja je promenljiv, a domet mu zavisi od apsorpcione moći stena kroz koje prolazi. Merenjem prirodne radioaktivnosti mogu se izdvojiti litološke vrste stena, jer različitim vrstama najčešće odgovara različit sadržaj radiokativnih minerala.

Merenje izazvane radioaktivnosti se vrši posle "bombardovanja" sredine gama zračenjem ili neutronima. Obzirom da gama zračenje zavisi od zapreminske težine stena to se njegovim merenjem mogu indirektno odrediti zapreminska težina i poroznost stenskih masa. U slučaju neutronskog karotaža pri čemu je intenzitet zračenja obrnuto proporcionalan sadržaju atoma vodonika u sredini, može se sračunati poroznost stenske mase.

Akustični karotaž se zasniva na merenju brzina prostiranja zvučnih talasa. On omogućava odredjivanje poroznosti stenske mase i kvalitet cementacije kolone bušotine.

Termokarotaž se zasniva na merenju promene temperature sa dubinom. On omogućuje odredjivanje granica litoloških članova različite toplotne provodljivosti, geotermskog gradijenta i geotermskog stupnja.

Seismička ispitivanja u bušotinama i izmedju bušotina, metodom prozračivanja, se često primenjuju naročito kada se želi utvrditi heterogenost i anizotropija stenske mase u pogledu elastičnih svojstava. Prozračivanje se može izvesti tako što se talasni izvor postavlja u jednoj bušotini a geofoni u drugoj. Moguće je takodje "prozračivanje" izmedju bušotine i potkopa, bušotine i površine terena i obrnuto (Sl.13.12.).

273

Sl.13. . Seizmička ispitivanja sa korišćenjem bušotina ( strelice pokazuju smer kretanja talasa od izvora ka geofonu).

13.5. Penetraciona ispitivanja

U nekim vrstama tla (vodozasićeni pesak i šljunak, izrazito meka glina, mulj) vrlo teško je dobiti kvalitetno jezgro pri bušenju istražnih bušotina. To mogu da postignu samo izuzetno dobri bušači i samo onda kada su zadovoljene i druge predpostavke. Zato je neophodno radi odgovarajućim garniturama za bušenje, odgovarajuća metoda bušenja i po pravilu isplaka potrebne gustine. I tada, kada su zadovoljeni svi ti neophodni preduslovi, izvesnost da će se dobiti dobro jezgro, kvalitetno i stoprocentno, nije apsolutna. Da bi se ti problemi prevazišli obično se problem rešava kompromisno, tj. prihvata se kao odgovarajuće jezgro i onda kada je ono lošijeg kvaliteta, a dopunski se izvode penetraciona ispitivanja. Ta ispitivanja mogu biti u vidu standardnog penetracionog opita (SPT), ili terenskim opitom statičke penetracije (CPT). Penetraciona ispitivanja se izvode od kraja dvadesetih godina prošlog veka. Našla su masovnu primenu, praktično na svim kontinentima. Osnovni razlog tome leži u činjenici da se opiti relativno jednostavno izvode, da postoji kvalitetna relativno jeftina oprema, da su rezultati u mnogim slučajevima ispitivanja tla izuzetno važni za rešenje geotehničkih problema.

Penetraciona ispitivanja su od velikog značaja u mehanici tla, a kada su u pitanju čvrste stene prakitčno su neupotrebljiva. Postojanje proslojaka i slojeva čvrstovezanih stena u mekim značajno ograničava područje primene penetracionih ispitivanja.

274

Standardni penetracioni opit se izvodi u bušotini. Obično se taj opit naziva dinamička penetracija, jer se utiskivanje dogovarajuće opreme u tlo vrši udarcima malja koji pada na predmet utiskivanja (konus ili penetraciona kašika).

Dinamičko penetraciono sondiranje se izvodi dinamičkim penetrometrima. Kod nekih konstrukcija radni element je u obliku konusa sa prečnikom istim ili većim od prečnika šipki, dok je kod standardnog dinamičkog penetrometra u obliku penetracione kašike.

Ispitivanje se izvodi u bušotini, na željenoj dubini. Tada se prethodno izvrši čišćenje bušotine, na bušaći pribor se montira odgovarajuća oprema za ispitivanje i pristupa opitu. On se tako što malj težine 63,5 kg slobodno pada sa visine od 0,76 m u tlo (ispod dubine postavljanja kašike). Slobodni pad tega reguliše automatski okidač za oslobadjanje tega koji pada na šipku i prenosi konstantnu energiju od 474 J.

Merilo otpornosti tla kod dinamičke penetracije je broj udaraca (N) potreban da se penetraciona kašika utisne u tlo za 15 cm. Zatim se istovetan postupak ponavlja još dva puta. Prvo utiskivanje može biti sa manjim brojem udaraca, nego što je to slučaj kod drugog i trećeg utiskivanja, a razlog najčešće zbog slabog čišćenja dna bušotine. Zato se, po pravilu, usvaja za konačni rezultat broj udaraca drugog i trećeg utiskivanja.

U sitnozrnom peskovitom tlu ispod nivoa podzemnih voda broj udaraca N, ako je veći od 15, treba korigovati prema izrazu:

N=15+1/2 (N - 15)

Za glinovita tla se prema podacima dinamičke penetracije može približno odrediti i jednoaksijalna čvrstoća tla qu: - glinovito tlo qu=100N/4 - prašinasto tlo qu=100N/5 - peskovito tlo qu=100N/7,5

Opit statičke penetracije se izvodi statičkim penetrome-trom. Kod nas se najčešće koriste penetrometri konstru-kcije holandske firme "Goudische Machinefariek" iz Gaude. Poznate su konstrukcije penetrometra ove firme kapaciteta 24,5 kN i 98 kN, a u poslednje vreme i 196 kN. Kod njih se sila prenosi hidraulikom na šipke za utiskivanje, a na vrhu prve šipke je običan ili frikcioni konus. Penetrometar se za tlo pričvršćuje pomoću četiri tanjirasta svrdla prečnika 200, 300 i 420 mm. Konus je od specijalnog čelika, a kose strane zaklapaju medju sobom ugao od 600 . Šipke su poprečnog preseka 10 cm2, takodje i osnova konusa, radijusa 35,7 mm. Cevi za utiskivanje su dužine 1 m sa navojima kako bi se nastavljali do potrebne dubine. Kompresija hidrauličkog ulja se ostvaruje radom dvotaktnog benzinskog motora. Utiskivanje se izvodi do projektovane dubine koja je najčešće 10-20 m. Manje dubine od 10 m su samo izuzetno kada je relativno jednostavna problematika koja se

Tablica br.13. .: Čvrstoća tla na osnovu broja udaracapri opitu dinamičke penetracije

Broj udaraca(N)

Konzistencija tlaJednoaksijalna

čvrstoća tlaqu (kN/m2)

< 2 vrlo meka <302 - 4 meka 30 - 554 - 8 srednje čvrsta 55 -1108 - 15 čvrsta 110 -20515 -30 vrlo čvrsta 205 - 410> 30 tvrda > 410

275

rešava, ili kada se zbog loših uslova ankerovanja penetrometra ne može opit izvesti do veće dubine. Veće dubine od 20 m su takodje često teško ostvarljive, pre svega zbog čupanja ankera usled nanošenja velike sile na cevi penetrometra. Tako se dolazi do činjenice da statička penetracija je često od velike koristi pri ispitivanju tla, ali i sa ograničenim mogućnostima izvodjenja po dubini. Ne može se primeniti u čvrstovezanim stenama.

Ispitivanje se izvodi saglasno odgovarajućem standardu. U standardu su precizno i detaljno naznačeni tehnički elementi kompleta opreme, tok izvodjenja opita, način evidentiranja i obrade podataka koji se dobijaju opitom.

Opit se primenjuje u tlu izgradjenom od koherentnih i nekoherentnih materijala, veličine zrna od najviše 5 mm.

Vrednosti otpora vrha, koje tlo pruža utiskivanju konusa i sila bočnog trenja po omotaču cevi, koriste se za:

- ocenu zbijenosti, odnosno konsistencije prirodnog tla, - kontrolu zbijenosti (konsistencije) nasipa, - procenu veličine sleganja tla ispod objekta, - procenu nosivosti i dubine ugradnje šipova, - utvrdjivanje homogenosti (heterogenosti) tla. Nakon ankerovanja penetrometra za tlo sa četiri tanjirastim svrdla, pristupa se

izvodjenju statičke penetracije-utiskivanja šipki i konusa. Postupak se izvodi tako što se u prvo utisne konus za oko 7 cm, pri čemu ce cevaste šipke ne utiskuju, a meri se otpor vrha. Otpor vrha ima dimenzije napona, označava se sa qc (MN/m2). Brzina utiskivanja po standardu je 2 cm/s. Nakon toga se pritisak vrši samo na šipke, izvrši se njihovo utiskivanje do konusa pri čemu se meri ukupno trenje po omotaču šipki koje se utiskuju. Zatim se nastavlja utiskivanje konusa i šipki zajedno za oko 10 cm i tada se meri sila ukupan otpor, zajedno šipki i konusa. Postupci utiskivanja i merenja se ponavljaju na svakih 20 cm, a rezultati štampaju kako je to dato na Sl.13. ..

276

Sl.13.Dijagram opita statičke penetracijeObradom zapisnika o penetracionom opitu dobijaju se: - otpor konusa (Ckd) ; - otpor trenja omotača cevi (L).Rezultati penetracije nanose se na dijagram Ckd , odnosno L u funkciji dubine i

moguće je izvršiti kvantifikaciju izdvojenih sredina po parametrima koji se direktno, ili indirektno, dobijaju opitom CPT.

Na osnovu podataka statičke penetracije može se odrediti približna vrednost konstante stišljivosti (C) i kohezije (c) i ugao trenja prirodnog materijala (ϕ ).

277

14. ZAŠTITA GEOLOŠKE SREDINE

Zaštita geološke sredine podrazumeva da se u smislu održivog razvoja mogu koristiti sve prirodne vrednosti, a da se pri tome prirodna ravnoteža bitno ne naruši ili ne ugrozi njen postojeći kvalitet. Tako definisana zaštita prirodnih vrednosti ni u kom smislu ne podrazumeva da se prirodne vrednosti održavaju statičnim, nepromenljivim, naprotiv podrazumeva da se prirodne vrednosti mogu maksimalno koristiti za civilizacijski napredak vodeći pri tome računa o činjenici da iskorišćavanje prirodnih vrednosti ne bude radikalno, do granica maksimalne iskoristljivosti, ne vodeći računa o budućim generacijama. To, pak, znači da se i takav pristup mora svhatiti kao promenljiv tj. da je moguće u budućnosti koristiti u većem obimu prirodne blagodeti koje se sada ne koriste i obrnuto, neke sadašnje će dobiti svoju zamenu.

Geološku sredinu čini celokupna Zemljia . U sadašnjim uslovima, verovatno još dugo vremena, neće biti podjednako značajni sa stanovišta zaštite i plitki-površinski delovi i oni duboki. Naprotiv, najveću zaštitu zaslužuju plitki delovi tj. oni koji su i najugroženiji, a u značajno manjoj meri duboki. Ustvari duboki delovi mogu biti ugroženi neodgovarajućim aktivnostima koje su u vezi podzemne eksploatacije nafte, gasa, vode iz dubokih horizonata, geotermalne energije i dr. Neophodno je naglasiti da se dubina do koje dopiru ljudske aktivnosti stalno povećava, bez obzira koje su aktivnosti u pitanju: podzemna eksploatacija mineralnih sirovina; iskorišćavanje geotermalne energije; podzemni objekti i dr.

Zaštita geološke sredine je mlada naučna disciplina, koja se intenzivno razvija zadnjih nekoliko desetina godina. Razvoj je uslovljen potrebom pružanja odgovarajućih informacija o Zemlji i dogadjanjima koja su u vezi nje, pre svega da bi se odgovorilo zahtevima ekologije kao naučne oblasti. Mnogi su mišljenja da je tvorac moderne ekologije američki ekolog E.P.Odum po kome je ekologija naučna oblast koja objedinjuje prirodne i društvene nauke (1975). Iz navedenog sledi da je ekologija u suštini bazirana na mnogobrojnim naučnim disciplinama (geološke, gradjevinske, biološke, urbanističke, medicinske, mašinske, sociološke i dr.).

Sa stanovišta inženjerske geologije svakako je najvažniji deo zaštite geološke sredine onaj koji se odnosi na medjusobno dejstvo čoveka na životnu sredinu i obrnuto i to deo koji je obuhvaćen interakcijskim sadejstvom objekta i terena. Tako se dolazi do toga da se u inženjerskoj geologiji, pod zaštitom geološke sredine, podrazumeva:

278

- zaštita i očuvanje geološke sredine od štetnih dejstava objekata, ili materija koje su u njima,

- zaštita objekata od štetnih dejstava koji su posledica prirodnih procesa, - zaštita prirodnih ambijentalnih vrednosti, resursa i rariteta koji mogu biti

objektima oštećeni, ili njihova eksploatacija značajno otežana izgadnjom objekata, - planiranje očuvanja geoloških potencijala za buduću izgradnju, pre svega u gradskim

područjima. - geološki aspekti formiranja odgovarajuće podzemne arhitekture.

Praktični aspekti zaštite geološke sredine svode se: na prikupljanje i obradu informacija o geološkoj sredini u formu ekogeoloških karata, nameniskih ili opštih; pružanje informacija o geološkoj sredini urbanistima i planerima iskoristljivosti prostora; pribavljanje informacija o terenu, a sve u cilju odgovarajuće zaštite gradjene sredine.

14.1 Prirodne vrednosti i antropogene delatnosti koje utiču na geološku sredinu

Zemlju izgradjuju raznovrsne mineralne vrste, odnosno različite vrste stena. Opis stena, njihova zasatupljenost u sklopu terena, medjusobni odnosi, strukturna svojstva, sklop, izmene, fizičko-mehanička i druga svojstva prikazani su u odgovarajućim poglavljima. Ti osnovni elementi su ujedno i najbitniji elementi koji se prikazuju na geološkim kartama i geološkim profilima terena (sastav, starost, tektonska svojstva, njihovi medjusobni odnosi). Vremenom oni su postali nedovoljni za praktična rešenja u oblasti gradjevinarstva. Zato je i nastala potreba da se oni dopune novim koji zadovoljavaju zahteve urbanista i projektanata. U tom cilju je nastala potreba da se rade inženjerskogeološke, ili geotehničke, karte i profili terena. Za potrebe zaštite geološke sredine, takodje, potrebno je sve informacije o sredini naneti na odgovarajućoj ekogeološkoj, ili ekoinženjerskogeološkoj karti i profilu. Karte i profili moraju sadržati:

- litološke, po mogućstvu litogenetske vrste stena, - strukturne elementi (nabori, rasedi, pukotine) - tvorevine prirodnih procesa (klizišta, odroni, jaruge, bujice,

tvorevine uticaja površinskih i podzemnih voda i dr. ), - minealne sirovine (metalične, sirovine u industriji gradjevinskih

materijala i gradjevinske galanterije, gradjevinski kamen, ugljevi, nafta, voda i dr.), - podzemne vode (prve izdani, po mogućstvu i dubljih), - gradsko gradjevinsko zemljište, - poljoprivredno zemljište, - šumske komplekse, - nacionalne parkove, zaštićene i druge javne površine, - geološke raritete.

14.2. Izgradjene vrednosti

Osim prirodnih vrednosti (prirodno blago), postoje i mnogobrojni izgradjeni objekti. Oni se često nazivaju i stvorenim vrednostima. Najvažniji objekti su: zgrade; brane i akumulacije; saobraćajni tuneli; putevi i pruge; aerodromi; mostovi; površinski i podzemni rudnici i dr. Svi ti objekti imaju uticaja na geološku sredinu i obrnuto

279

sredina na njih. Geotehničke podloge, koje se rade za potrebe projektovanja-izgradnje-eksploatacije tih objekata rade se da bi se oni racionalno i bezbedno gradili. Geoekološki aspekti zaštite uključuju još jednu dimenziju, a ona se sastoji u tome da se po konceptu održivog razvoja objekti grade, ali da se ne uništavaju prirodne vrednosti prekomerno i nepotrebno. Drugačije rečeno treba izgradnju prilagoditi tome da negativne posledice budu minimalne, a koristi što je moguće veće. Takodje, podrazumeva se da će biti iskorišćeno ono što se sada može iskoristiti, ne dovodeći u pitanje time ono što će u budućnosti biti važnije od sadašnjeg.

Vrlo brojne su i raznovrsne antropogene delatnosti koje, u većoj ili manjoj meri, utiču na geološku sredinu, kao npr.:

• izgradnja i korišćenje gradjevinskih objekata;• različite komunalne aktivnosti u i oko postojećih naselja;• eksploatacija mineralnih sirovina;• eksploatacija podzemnih voda - pitkih, termalnih i termo-mineralnih;• industrijska proizvodnja gradjevinskog materijala ;• izgradnja i korišćenje saobraćajne infrastrukture (putevi, železničke pruge sa

pratećim objektima, plovni putevi, pristaništa i sl.);• izgradnja i korišćenje površinskih mikroakumulacija, hidrotehničke i druge

melioracije terena;• primena agrotehničkih mera u poljoprivrednoj proizvodnji;• deponovanje rudničkih jalovina, indrustrijskog, komunalnog i radioaktivnog

otpada.

Osnovni vidovi štetnih uticaja na geološku sredinu koji se javljaju kao posledica antropogenih aktivnosti su:

- zagadjivanje tla i podzemnih voda, naročito deponovanjem čvrstog i tečnog otpada, nekontrolisanim izlivanjem naftnih derivata u podzemlje, proizvodnjom gradjevinskih materijala, primenom agrotehničkih mera u poljoprivredi i komunalnim aktivnostima;

- poremećaji stabilnosti terena i fizička degradacija tla do kojih dolazi: usecanjem terena; preopterećenjem; prekomernim vlaženjem ili gubicima vode; nasipanjem i dr.

- promene prirodnog režima podzemnih voda do kojih dolazi crpljenjem podzemnih voda, hidrotehničkim melioracijama, navodnjavanjem i dr.

Pored navedenih uticaja mogu se u specifičnim slučajevima javiti i promene fona prirodnog zračenja i drugih fizičkih polja.

Uz direktne štete koje navedeni uticaji nanose čoveku degradacijom geološke sredine, javljaju se i mnogi indirektni uticaji na vazduh, površinske vode i biljni svet koji su rezultat njihove interakcije sa geološkom sredinom.

280

SADRŽAJ:

1. UVOD ................................................................................................................................32.GEOLOŠKO-GRADJEVINSKE SREDINE.......................................................................7

2.1. Geološka gradja zemlje i zemljine kore.......................................................................72.2. Sredine izgradjene od čvrstih stena............................................................................122.3. Gradjevinsko tlo.........................................................................................................13

3.PETROGENI MINERALI.................................................................................................153.1. Opšte o mineralima....................................................................................................153.2. Postanak minerala .....................................................................................................163.3. Unutrašnja gradnja minerala i njihov spoljašnji oblik...............................................173.4. Fizička svojstva minerala ..........................................................................................203.5. Klasifikacija i prikaz petrogenih minerala.................................................................24

4. STENE.............................................................................................................................444.1. Magmatske stene........................................................................................................45

4.1.1. Oblici magmatskih tela........................................................................................454.1.2. Sklop magmatskih stena......................................................................................474.1.3. Klasifikacija i prikaz magmatskih stena..............................................................49

4.2. Sedimentne stene........................................................................................................544.2.1. Postanak sedimentnih stena.................................................................................544.2.2. Sklop sedimentnih stena......................................................................................574.2.3. Klasifikacija i prikaz sedimentnih stena..............................................................59

4.3. Metamorfne stene.......................................................................................................664.3.1. Vrste metamorfizma............................................................................................674.3.2. Sklop metamorfnih stena ....................................................................................684.3.3. Klasifikacija i prikaz metamorfnih stena............................................................69

5. FIZIČKO-MEHANIČKO-TEHNOLOŠKA SVOJSTVA STENA..................................735.1. Fizička svojstva..........................................................................................................73

5.1.1. Osnovna fizička svojstva.....................................................................................735.1.2. Vodnofizička svojstva stena................................................................................785.1.3. Ostala fizička svojstva.........................................................................................82

5.2. Mehanička svojstva stena...........................................................................................865.2.1. Deformabilnost čvrstovezanih stena...................................................................86 5.2.2. Deformabilnost nevezanih i poluvezanih stena .................................................885.2.2. Čvrstoća stena.....................................................................................................90

5.3. Tehnološka svojstva stena..........................................................................................945.3.1. Bušenje stena.......................................................................................................945.3.2. Otpor stena prema miniranju...............................................................................955.3.3. Obradljivost stena................................................................................................965.3.4. Habanje stena......................................................................................................965.3.5. Rastresanje i zbijanje stena.................................................................................97

6. ENDOGENI PROCESI.....................................................................................................996.1. Nabiranje stenskih masa.............................................................................................996.2. Rasedanje.................................................................................................................1036.3. Seizmičnost terena....................................................................................................106

7. OPŠTA STRUKTURNA SVOJSTVASTENSKIH MASA...........................................123

281

7.1. Genitet i tropija.........................................................................................................1237.2. Ispucalost stenskih masa..........................................................................................127

7.2.2. Parametri i klasifikacije pukotina......................................................................1287.2.3. Parametri ispucalosti stenenske mase...............................................................1347.2.4. Direktna i posredna ispitivanja ispucalosti stenskih masa................................138

8. INŽENJERSKA HIDROGEOLOGIJA..........................................................................1418.1. Opšti deo..................................................................................................................1418.2. Vrste podzemnih voda u stenskim masama.............................................................1438.3. Hemijski sastav i agresivnost podzemne vode........................................................1458.4. Svojstva i klasifikacije akviferske i izolatorske sredine ..........................................1478.5. Hidrogeološki parametri ..........................................................................................1528.6. Osnovni elementi kretanja slobodnih podzemnih voda...........................................1568.7. Zaštita temeljnih jama od podzemnih voda..............................................................160

9. ALTERACIJE STENA...................................................................................................1719.1. Vrste alteracija stenskih masa..................................................................................1729.2. Površinsko raspadanje i hidrotermalne izmene........................................................172

10. EGZOGENI GEOLOŠKI PROCESI U TERENU........................................................18110.1. Erozija....................................................................................................................18110.2. Hemijska i mehanička sufozija..............................................................................18610.3. Kliženje stenskih masa...........................................................................................18810.4. Osipanje..................................................................................................................20510.5. Odronjavanje..........................................................................................................20510.6. Tečenje...................................................................................................................20710.7. Puženje - suvo tečenje...........................................................................................20710.7. Likvifakcija............................................................................................................208

11. POBOLJŠANJA SVOJSTAVA TERENA...................................................................21011.1. Injektiranje stenskih masa......................................................................................21211.2. Sidrenje...................................................................................................................21811.3. Torkretiranje...........................................................................................................22011.4. Dreniranje...............................................................................................................221

12. FAZE I CILJEVI GEOTEHNIČKIH ISTRAŽIVANJA TERENA ZA OBJEKTE ....22412.1. Geotehnička istraživanja za podzemne objekte.....................................................23112.2. Geotehnička istraživanja za hidrotehničke objekte ...............................................23612.3. Geotehnička istraživanja za puteve i pruge............................................................23912.4. Geotehnička istraživanja za objekte visokogradnje...............................................243

13. METODE INŽENJERSKOGEOLOŠKIH ISTRAŽIVANJA TERENA ....................24613.1. Inženjerskogeološko kartiranje..............................................................................24813.2. Istražno bušenje......................................................................................................25213.3. Istražni iskopi.........................................................................................................25913.4. Geofizička ispitivanja.............................................................................................26513.5. Penetraciona ispitivanja..........................................................................................274

14. ZAŠTITA GEOLOŠKE SREDINE .............................................................................278

282