zavrsni rad nikola pocekal · stijena se u inženjerstvu koristi kao (vrkljan, 2007) : •...

Sadržaj

1. Uvod ....................................................................................................................... 1

2. Intaktna stijena ........................................................................................................ 4

2.1. Fizikalna svojstva intaktne stijene .................................................................... 4

2.2. Mehanička svojstva intaktne stijene ............................................................... 8

3. Stijenska masa ...................................................................................................... 15

3.1. Diskontinuiteti i struktura stijenske mase ..................................................... 15

3.2. Čvrstoća i deformabilnost stijenske mase ..................................................... 16

4. Uporaba stijena kao materijala u graditeljstvu ...................................................... 21

4.1. Tehničko - građevni kamen ........................................................................... 21

4.2. Arhitektonsko - građevni kamen ................................................................... 28

5. Zaključak .............................................................................................................. 35

6. Literatura .............................................................................................................. 36

Sažetak ......................................................................................................................... 37

Sveučilište u Zagrebu Završni rad

1

1. Uvod

Većina inženjerskih materijala (izuzev drva i tla) proizvodi se s unaprijed određenim

svojstvima, a ispitivanjima se samo potvrđuju svojstva koja takav proizvod treba imati. S

takvim, potpuno poznatim materijalom projektiraju se i izvode uobičajene građevine.

Međutim, kako je stijena neusporedivo starija (starost se mjeri milijunima godina) i pretrpjela

je brojna mehanička, kemijska i termalna djelovanja, njezina svojstva nisu unaprijed poznata i

trebaju se detaljno ispitati prije uporabe stijene u inženjerske svrhe.

Stijena se u inženjerstvu koristi kao (Vrkljan, 2007) :

• materijal od kojeg se gradi (arhitektonski i građevni kamen),

• materijal u kojem se gradi (podzemni i površinski iskopi),

• materijal na kojem se gradi (temeljenje građevina).

Korištenje stijena kao materijala od kojeg se gradi najlakši je inženjerski problem vezan uz

korištenje stijene kao inženjerskog materijala. Razlog ovome leži u činjenici da je moguće

birati stijenu kojom će se graditi. Različite građevine stavljaju različite zahtjeve pred stijenu.

Tako se nasip lokalne ceste može graditi i od loše stijene, ali stijena kojom se oblaže fasada

zgrade treba zadovoljiti vrlo visoke kriterije kvalitete. Loša kvaliteta radova ove vrste

većinom je posljedica neznanja ili površnog pristupa poslu. Raspadanje stijenskih obložnih

ploča, vitoperenje kamenih ploča na fasadama zgrada te slijeganje visokih nasipa zbog

uporabe neadekvatne stijene samo su neki od primjera koji se svakodnevno susreću.

Neusporedivo teži problem je građenje u i na stijeni. Kod ovih radova u pravilu nema

mogućnosti izbora stijene, već se mora graditi u stijeni kakva se nalazi u prirodi, na mjestu

izvođenja radova. Samo kod vrlo skupih i zahtjevnih građevina, kao što je primjerice

podzemno skladište nuklearnog otpada, istražuje se više lokacija i nakon toga odabire ona

najpovoljnija.

Međutim, lokacija zgrade neće se mijenjati bez obzira na kvalitetu stijene te se treba

primijeniti način temeljenja koji će osigurati stabilnost i trajnost zgrade. Kod projektiranja

trase cesta i željeznica može se neki put lokalno izbjeći pojedina zona izrazito loše stijene, ali

zbog zahtjevanih elemenata trase takve su prilike dosta rijetke.


2

Dakle, u inženjerstvu se treba suočiti sa stijenom kakva je u prirodi, a ona je:

• heterogena,

• anizotropna,

• ispucala i

• prirodno napregnuta.

Kod inženjerskog pristupa potrebno je odrediti svojstva materijala i prirodno stanje

naprezanja (koje će biti poremećeno inženjerskim zahvatom) kako bi se mogao projektirati

inženjerski objekt.

Općenito je poznato da ispucalost stijene kontrolira stabilnost građevina blizu površine dok

prirodna napregnutost kontrolira stabilnost dubokih građevina. Primjerice, stabilnost temelja

betonske brane ili mosta ovisit će o deformabilnosti i vodopropusnosti temeljne stijene koja je

u funkciji njene ispucalosti. Slično je i s plitkim površinskim iskopima i plitkim tunelima.

Međutim, kod srednje dubokih tunela u slaboj stijeni ili kod dubokih tunela kakvi su

južnoafrički rudnici zlata, prirodna naprezanja koja će se inženjerskim zahvatom poremetiti

postaju glavni problem.

Medij u kojem ili na kojem se gradi sastavljen je od ispucale, prirodno napregnute stijene.

Ovakav prirodni medij naziva se stijenskom masom (Slika 1.).

Slika 1. Stijenska masa (mala gustoća diskontinuiteta)


3

Kako bi se lakše razlikovali strukturni elemente stijenske mase, stijena se obično naziva

intaktnom stijenom, dok diskontinuiteti različitih tipova i geneze opisuju njenu ispucalost.

Intaktna stijena (intact rock) je materijal stijenske mase, tipično predstavljen cijelom

jezgrom iz bušotine koja ne sadrži guste strukturne diskontinuitete .

Stijenska masa (rock mass) je stijena kakva se javlja in-situ, uključujući njene strukturne

diskontinuitete.

Diskontinuitet (discontinuity) - opći naziv za bilo koji mehanički diskontinuitet u stijenskoj

masi koji ima malu ili nikakvu vlačnu čvrstoću. To je kolektivni termin za većinu tipova

pukotina, ploha slojevitosti, ploha škriljavosti te oslabljenih zona i rasjeda. Grupa paralelnih

diskontinuiteta čini set, koji se još naziva i sustav ili familija diskontinuiteta (Slika 2.).

Slika 2. Stijenska masa (velika gustoća diskontinuiteta)


4

2. Intaktna stijena

Intaktna stijena je opisana kao stijena koja ne sadrži guste strukturne diskontinuitete.

Međutim, u malom mjerilu promatranja, ona je sačinjena od zrna koja su posljedica njene

geneze i dijagenetskih procesa kojima je bila izložena tijekom geološke prošlosti.

Kod opisa intaktne stijene obično se definira:

• ime,

• boja, mineralni sastav, alteracija1,

• tekstura, veličina i oblik zrna1,

• poroznost, gustoća, vlažnost1, _____________________

• čvrstoća, izotropnost, tvrdoća2, 1- fizikalno svojstvo

• trajnost, plastičnost, potencijal bubrenja2. 2- mehaničko svojstvo

Ime stijene ukazuje na njezin sastav, genezu i strukturna svojstva: pješčenjak, breča,

muljanjak, slejt, granit i sl.

2.1. Fizikalna svojstva intaktne stijene

Boja stijene ukazuje na njen mineralni sastav kao i stupanj trošenja i alteracije. Šejl je

često smeđe boje s postepenim prijelazom u sive na većim dubinama. Veća preciznost u

definiranju boje postiže se upotrebom etalona kao što su Rock Color Chart koji ima 40

uzoraka ili mnogo opširnija Soil Color Chart podjela s 248 boja.

Mineralni sastav

Precizno određivanje mineralnog sastava često nije potrebno pri rješavanju nekog

inženjerskog problema. Poznato je oko 1700 minerala. Međutim, samo otprilike 6 mineralnih

skupina kontrolira mehaničko ponašanje stijene u stijenskom inženjerstvu. Oni se obično

mogu otkriti na terenu ili golim okom, ručnom lećom ili stereo mikroskopom. Dijagnostička

svojstva uključuju boju, kristalni oblik, klivaž i tvrdoću. Paranjem džepnim nožićem može se

razlikovati kvarc i kalcit koji vizualno izgledaju vrlo slično (kvarc je tvrđi od čelika noža, a


5

kalcit je mekši pa se može parati; kvarc para staklo). Kao što se može i očekivati, svojstva

stijene uvelike ovise o tvrdoći minerala od kojih je sastavljena i od teksturnih svojstava kao

što je pojavljivanje minerala u pločastoj formi što ukazuje na kalavost (fissility) stijene.

Kvarcno feldspatska skupina. Minerali ove skupine obilježavaju kisele magmatske stijene,

kvarcne pješčenjake, gnajseve i granulite. Obično su čvrsti i krti. Kvarc je najzastupljeniji

mineral i glavna komponenta granita i većine pješčenjaka. Obično je proziran, bijeli do siv,

staklast i teško se para. Uobičajena dijagnostička svojstva feldspata su neprozinost, rumena

do bijela boja i dobro razvijene linije klivaža često vidljive na kristalu. Lako se para džepnim

nožićem.

Tinj časti minerali. Šist koji po definiciji sadrži više od 50% pločastih minerala, i gnajsevi

koji sadrže više od 20% tinjca, često kalavi (fissile) i slabi. Važna indeksna svojstva:

anizotropija čvrstoće, kalavost (fissility), sadržaj tinjca i kvarca, poroznost. Tinjac i pločasti

minerali kao što su biotit, muskovit i klirit pojavljuju se kao sporedne, ali važne komponente

nekih magmatskih stijena i glavne komponente šistoznih metamorfnih stijena. Identificiraju

se, kao grupa po heksagonalnim pločicama i dobro razvijenim klivažom, a pojedinačno po

boji. Biotit je tipično smeđ do crn, muskovit srebren i klorit zelen. Njihova pločasta tekstura i

često njihova segregacija u trake koje sadrže visok postotak tinjaca, uzrok su oslabljenja

stijene u ovim zonama. Tinjci su često pod utjecajem alteracije i trošenja i pojavljuju se kao

mekane glinene inkluzije.

Karbonati . Vapnenci, mramori i dolomiti, slabiji su od druge i treće kategorije i topivi

mjereno geološkim vremenom. Obično su krti, a viskozni i plastični samo na visokim

temperaturama i pod visokim naprezanjima. Važna indeksna svojstva: poroznost, tekstura,

odnos sadržaja kalcita i dolomita, sadržaj kvarca i gline. Karbonatni minerali dolomit i kalcit,

kao glavne komponente, uglavnom se prepoznaju lakoćom grebanjem (scratched) i njihovim

ponašanjem u razrijeđenoj solnoj kiselini. Često sadrže fosilne ostatke.

Saline. Kamena sol, potaša (potash) i gips su obično slabi i plastični, ponekad viskozni,

naročito u dubokim rudnicima, otopivi tijekom trajanja inženjerskog objekta. Važni indeksi:

mineralni sastav i topivost.


6

Peliti (glinom bogati). Muljnjaci, slejtovi i filiti su često viskozni, plastični i slabi. Važni

indeksi: slake durability, sadržaj kvarca i gline, poroznost i gustoća. Glineni minerali kao što

su ilit, kaolinit i montmorilonit glavni su sastojci šejlova i slejtova i kao sekundarnih produkta

alteracije u mnogim magmatskimi metamorfnim stijenama i vapnencima. Glineni kristali su

vrlo sitni i zato se teško identificiraju. Kvalitativna, a nekad i kvantitativna identifikacija

glinenih minerala moguća je uporabom rendgena ili diferencijalno-termičkom analizom.

Identifikacija minerala smektitske grupe posebno je značajna jer minerali iz ove grupe

(naročito montmorilonit) imaju svojstvo bubrenja.

Tekstura, veličina i oblik zrna

Tekstura stijene opisuje se veličinom, oblikom i uređenjem komponenata u mjerilu od

nekoliko centimetara. Za razliku od teksture, struktura predstavlja uređenje komponenata

stijenske mase u mjerilu od nekoliko metara. Teksturna i strukturna obilježja ključni su

element za razlikovanje magamtskih, metamorfnih i sedimentnih stijena, budući da sve one

imaju vrlo sličan mineralni sastav. Prije svakog opisivanja i ispitivanja, stijenska masa ili

jezgra bušotine podjeli se na tzv. geotechnical mapping units (GMU), unutar granica u kojima

se stijena može smatrati homogenom i zbog toga se može opisati istim svojstvima. Uređenje

komponenata unutar svake GMU naziva se tekstura, dok se uređenje između GMU naziva

strukturom.

Poroznost, gustoća i vlažnost

S inženjerskog stanovišta, pore su najvažnija komponenta stijene obzirom da su najslabije.

Pore kontroliraju čvrstoću, deformabilnost i propusnost. Poroznost se definira kao odnos

volumena pora i ukupnog volumena tla ili stijena.

Stijena je sastavljena od tri faze: krute, tekuće i plinovite. Posljednje dvije ispunjavaju pore.

Relativni odnosi ovih faza opisuju se različitim parametrima.

Suha gustoća definirana je kao odnos mase krutih čestica i ukupnog volumena uzorka.

Poroznost se definira kao odnos volumena pora i ukupnog volumena.

Stupanj saturacije je odnos volumena vode i ukupnog pornog volumena.

Vlažnost je odnos mase vode i mase krutih čestica.


7

Vrijednosti gustoće za neke minerale prikazane su u Tablici 1.

Tablica 1. Gustoća nekih minerala

Mineral G

[Mg/m³]

Halit 2,1-2,6

Gips 2,3-2,4

Serpentin 2,3-2,6

Ortoklas 2,5-2,6

Kalcedon 2,6-2,64

Kvarc 2,65

Plagioklas 2,6-2,8

Klorit i ilit 2,6-3,0

Kalcit 2,7

Muskovit 2,7-3,0

Biotit 2,8-3,1

Dolomit 2,8-3,1

Anhidrit 2,9-3,0

Piroksen 3,2-3,6

Olivin 3,2-3,6

Barit 4,3-4,6

Magnetiti 4,4-5,2

Pirit 4,9-5,2

Galena 7,4-7,6


8

2.2. Mehanička svojstva intaktne stijene

Čak i kada je stijenska masa intenzivno ispucala, poznavanje mehaničkih svojstava

intaktne stijene je vrlo bitno kod definiranja posmične čvrstoće diskontinuiteta (čvrstoća

stijene u zidovima diskontinuiteta), ispitivanja bušivosti i rezivosti stijena, miniranja i sl.

Čvrstoća (strength) je maksimalno naprezanje koje materijal može podnijeti bez loma za bilo

koji tip opterećenja. Čvrstoća je jedna od osnovnih informacija pri opisu stijena.

Jednoosna tlačna čvrstoća je najčešće korišteni parametar pri opisu stijena i pokazuje da se

ona može kretati u vrlo širokom rasponu ovisno o tipu stijene (Slika 3.). Može se vrlo točno

odrediti u laboratoriju ili procjeniti nekim od jednostavnih pokusa kao što su pokus čvrstoće u

točki, udaranje stijene geološkim čekićem ili guljenjem stijene nožem.

Slika 3. Jednoosna tlačna čvrstoća nekih stijena


9

Prema preporuci ISRM-a, jednoosna tlačna čvrstoća može se procijentiti i ručnim indeksnim

pokusima (Tablica 2.) kod kojih se za terensku identifikaciju koriste pesnica, palac, geološki

čekić i džepni nožić.

Tablica 2. Procjena jednoosne tlačne čvrstoće ručnim indeksnim pokusima na terenu

Klasa Opis Terenska identifikacija Približna vrijednost jednoosne tlačne čvrstoće

S1 Vrlo mekana glina Very soft clay

Pesnica se lagano utiskuje nekoliko centimetara

< 0,025

TLO

S2 Mekana glina Soft clay

Palac se lagano utiskuje nekoliko centimetara

0,025 – 0,05

S3 Firm clay

Palac se se utiskuje nekoliko centimetara sa srednjim naporom

0,05 – 0,10

S4 Kruta glina Stiff clay

Palac ostavlja udubinu ali penetrira samo uz visoki napor

0,10 – 0,25

S5 Vrlo kruta glina Veri stiff clay

Nokat palca ostavlja udubinu

0,25 – 0,50

S6 Tvrda glina Hard clay

Nokat palca teško ostavlja udubinu

> 0,50

R0 Ekstremno slaba stijena Extremely weak rock

Nokat palca ostavlja udubinu

0,25 – 1,0

ST

IJE

NA

R1 Vrlo slaba stijena Very weak rock

Mrvi se pod udarcima šiljka geološkog čekića, može se guliti džepnim nožićem.

1,0 – 5,0

R2 Slaba stijena Weak rock

Može se guliti džepnim nožićem uz poteškoće, Plitko udubljenje može se napraviti udarcem šiljka geološkog čekića.

5,0 - 25

R3 Srednje čvrsta stijena Medium strong rock

Ne može se parati ili guliti džepnim nožićem, uzorak se može lomiti sa jednim udarcem geološkog čekića

25 - 50

R4 Čvrsta stijena Strong rock

Za lomljenje uzorka potrebno je više od jednog udaraca geološkim čekićem

50 - 100

R5 Vrlo čvrsta stijena Very strong rock

Za lomljenje uzorka potrebno je mnogo udaraca geološkim čekićem

100 - 250

R6 Ekstremno čvrsta stijena Extremely strong rock

Geološkim čekićem uzorak se može samo okrhnuti

> 250


10

Deformabilnost

Deformabilnost, slično čvrstoći, uglavnom ovisi o poroznosti i stupnju ispucalosti uzorka.

Pore i pukotine su najslabiji i najdeformabilniji element stijene. Deformacija (deformation) se

definira kao promjena oblika (ekspanzija, sažimanje (contraction) ili neki drugi oblik

distorzije (distortion)). Obično se dešava kao odgovor na djelovanje opterećenja ili naprezanja

ali može biti i posljedica promjene temperature ili vlažnosti (bubrenje ili skupljanje (swelling

or shrinkage). Deformabilnost (deformability) se može opisati kao lakoća kojom se stijena

može deformirati. Krutost (stiffness) se može opisati kao otpor deformiranju. Deformacija

(deformation) se mjeri u jedinicama duljine (m) ali se obično izražava kao neimenovani broj i

tada se zove deformacija (strain). Deformacija (strain) predstavlja odnos promjene duljine

nekog elementa i njegove originalne duljine.

Kompletna naponsko-deformacijska krivulja (Slika 4.) pri jednoosnom tlačenju daje

najkorisniji opis mehaničkog ponašanja intaktne stijene. Na ovoj krivulji mogu se očitati

sljedeći važni podaci o ponašanju stijene:

• Vrijednost jednoosne tlačne čvrstoće stijene,

• Modul elastičnosti (E) koji se često naziva i Youngovim modulom.

Slika 4. Naponsko-deformacijska krivulja


11

Visok modul imaju krte stijene (stiff) i kod njih je početni dio krivulje strm (kaže se da je

stijena slabo deformabilna). Niski modul imaju mekane (soft) stijene i kod njih je početni dio

krivulje blago nagnut (kaže se da je stijena jako deformabilna).

Postlomni dio krivulje je mjera krtosti (brittlness). Krtost je definirana nagibom krivulje u

njenom postlomnom dijelu. Neke stijene se ponašaju kao duktilne (ductile), a neke kao krte

(brittle). Između ova dva krajnja ponašanja postoji cijeli spektar međuslučajeva (Slika 5.).

Slika 5. Naponsko-deformacijska krivulja stijena različitih deformacijskih svojstava

Tvrdoća

Tvrdoća se može definirati kao otpornost materijala na udubljivanje i grebanje.

Za određivanje tvrdoće koriste se obično ovi uređaji:

• Pokus struganja (scratch pokus). Rezultat ispitivanja izražava se na Mohs-ovoj skali

koja koristi 10 minerala. Na toj skali talk je najmekši (H=1) a dijamant je najtvrđi

(H=10).

• Pokus utiskivanja (indentation test). Kod ovog pokusa utiskuje se kugla, piramida ili

stožac u površinu uzorka. Koriste se tehnike Brinell-a, Vickers-a, Knoop-a i

Rockwell-a koje su razvijene u metalurgiji.

• Uređaji koji rade na principu odskoka (Schmidtov čekić i skleroskop).

• Pokusi kojima se određuje abrazivnost.


12

U Tablici 3. prikazana je Mohs-ova podjela mineralnih skupina po tvrdoći, od najčvršćih i

najtvrđih prema slabijim i mekšim.

Tablica 3. Mohs-ova skala tvrdoće

Trajnost

Trošnost (weatherability) je mjera podložnosti stijene oslabljenju (weakening) ili

dezintegraciji za vrijeme trajanja inženjerskog objekta (suprotno značenje ima termin -

trajnost (durability)). Trajnost (durability) određuje naizmjeničnim sušenjem i vlaženjem

uzorka. Podložnost stijene trošenju izražava se tzv. slake durability indeksom (Id2).

Bitno je primjetiti, da se ovaj proces trošenja dešava u vrlo kratkom periodu (vijek trajanja

objekta) i ne treba ga mješati s trošenjem stijena u geološkom smislu (weathering).

Međutim, razvoj tehnologije nameće nove zahtjeve po pitanju stabilnosti prirodnih materijala.

Naprimjer, kontejneri s radioaktivnim otpadom mogu imati temperaturu do 300°C što pred

izolacijski materijal (bentonit) postavlja zahtjev mineraloške i drugih stabilnosti tijekom

tisuća godina.

Mineral Tvrdoća po Mohs-u

Talk 1

Gips 2

Kalcit 3

Fluorit 4

Apatit 5

Feldspat 6

Kvarc 7

Topaz 8

Korund 9

Dijamant 10


13

Plastičnost

Ispitivanje Atterbergovih granica vrši se na stijenama kod kojih je indeks Id2 (slake durability

indeks) manji od 80%.

Fizikalne osobine glinovitih stijena mijenjaju se sa sadržajem vode. Suho glinovito tlo može

biti kruto i čvrsto. S porastom sadržaja vode u tlu ono postaje najprije plastično podatljivo,

zatim meko i najzad prelazi u žitko tekuće stanje. Količina vode pri kojoj se odražavaju te

promjene u glini ovisi o granulometrijskom sastavu, o sadržaju koloidnih čestica i o vrstama

minerala gline što ih tlo sadrži. Švedski istraživač Atterberg, definirao je na osnovi

dugotrajnih opažanja stanje plastičnosti glinovitih materijala i granice između tih stanja.

Razlika sadržaja vode između granica tečenja i granice plastičnosti naziva se indeks

plastičnosti (Slika 6.).

Slika 6. Atterbergove granice plastičnosti

Bubrenje

Bubrenje se definira kao vremenski ovisno povećanje volumena prirodnog tla uzrokovano

promjenom naprezanja, povećanjem sadržaja vode ili kombinacijom oba čimbenika. Bubrenje

može izazvati značajne probleme u tunelogradnnji, cestogradnji i pri temeljenju objekata.

Stijene bubre po različitim mehanizmima. Međutim, pod bubrenjem u strogom smislu misli se

na bubrenje minerala iz grupe smektita. Iz ove grupe minerala, natrijska varijanta

montmorilonita pokazuje najjače bubrenje. Sklonost stijene bubrenju dokazuje se

identifikacijskim pokusima kojima se istražuje potencijal bubrenje neke stijene. Ako je

dokazan potencijal bubrenja, pristupa se ispitivanju iznosa bubrenja različitim laboratorijskim

i terenskim pokusima.


14

Mehanička i fizikalna svojstva stijene često se procjenjuju i na temelju brzine prodiranja

uzdužnih valova kroz stijenu (Tablica 4.).

Tablica 4. Brzina uzdužnih valova u nekim minerlima

Brzina uzdužnih valova

Mineral Vl [m/s]

Kvarc 6050

Olivin 8400

Augit 6050

Amfibol 8400

Muskovit 7200

Ortoklas 5800

Plagioklas 6250

Kalcit 6600

Dolomit 7500

Magnetiti 7400

Gips 5200


15

3. Stijenska masa

Stijenska masa (rock mass) je stijena kakva se javlja in-situ, uključujući njene

strukturne diskontinuitete. Deformabilnost, čvrstoća i lom stijenske mase ovise o mehaničkim

svojstvima intaktne stijene te o geometrijskim i mehaničkim svojstvima diskontinuiteta.

3.1. Diskontinuiteti i struktura stijenske mase

Tijekom geološke prošlosti stijena je bila izložena različitim naprezanjima koja su

premašivala njenu čvrstoću. Kao posljedica djelovanja naprezanja bilo je stvaranje brojnih

diskontinuiteta. Postoje tri osnovna načina na koji su nastajali diskontinuiteti (Slika 7.).

Slika 7. Nastajanje diskontinuiteta

Kao što se vidi, jedan od načina posljedica je vlačnih naprezanja a druga dva su posljedica

posmičnih naprezanja. Ovo ima za posljedicu nastajanje dva osnovna tipa diskontinuiteta:

Pukotine (joints) su posljedica djelovanja vlačnih naprezanja.

Posmične zone ili rasjedi (shear zone or faults) posljedica su posmičnih naprezanja.

Sve stijenske mase su ispucale. Ispucalost značajno utječe na deformabilnost, čvrstoću i lom

stijenskih masa, a u potpunosti kontrolira njenu vodopropusnot. Praksa je pokazala da

diskontinuiteti značajno djeluju na sve aspekte stijenskog inženjerstva. Lom je često direktno

povezan sa diskontinuitetima, koji su najslabija zona u stijeni kao inženjerskom materijalu.

Zbog toga, za rješavanje problema u stijenskoj masi inženjer treba dobro upoznati strukturu

stijenske mase što je predmet strukturne geologije.


16

3.2. Čvrstoća i deformabilnost stijenske mase

Za određivanje mehaničkih svojstava stijenske mase uglavnom se koriste dva pristupa:

• određivanje mehaničkih svojstava terenskim mjerenjima (veliki in situ pokusi),

• empirijski pristupi koji se temelje na klasifikacijama stijenskih masa.

Ispitivanja u mehanici stijena nailaze na jedan, do danas neriješen problem koji se u

mehanici tla ne susreće ili je daleko manje izražen. To je efekt razmjere (scale effects). Iz

ekonomskih i tehničkih razloga ne može se u većini inženjerskih problema postići geotehnički

podatak koji odgovara pravom mjerilu. Ova činjenica čini rezultate ispitivanja nepouzdanim

što često može imati ozbiljne a nekada i fatalne posljedice. Glavni uzrok nepouzdanosti

posljedica je diskontinualnog i heterogenog karaktera stijenske mase. Efekt razmjere smatra

se jedinim od najvećih problema mehanike stijena.

Utvrđivanje važećih veza između rezultata pokusa u različitim mjerilima i svojstava stijenske

mase obavlja se na različite načine. Najčešće se ekstrapolacija rezultata jeftinih pokusa na

malim uzorcima (laboratorijskim i terenskim) u mjerilo inženjerskog projekta radi pomoću

faktora sigurnosti baziranog na tzv. "sound engineering judgement". Jasno je da puno bolje

rezultate daje više kvantitativni probabilistički pristup baziran na poznavanju

reprezentativnosti rezultata pokusa u različitim mjerilima. Zbog važnosti ovog problema

ISRM je 1988 god. osnovao komisiju za "Scale Effects in Rock Mechanics"

Opseg ispitivanja varira ovisno o veličini objekta, dubini istraživanja, kompleksnosti stijenske

mase i opsega ranije izvršenih istraživanja. Tipična cijena istraživanja je između 0,25 i 1%

ukupne cijene objekta kod jednostavne geološke situacije, dok na kompleksnim i

nepristupačnim terenima ova cijena može biti 5% i više.

Empirijski pristupi temelje se na klasifikacijama stijenskih masa koje su prvenstveno bile

razvijene za potrebe projektiranja podzemnih objekata. Kod klasifikacija stijenskih masa

najčešće korištene su klasifikacije Bieniawskog (RMR klasifikacija) i Bartonova klasifikacija

(Q sistem) iz kojih se može procjeniti čvrstoća i deformabilnost stijenske mase. Bieniawski

čvrstoću prikazuje Mohr-Coulombovim parametrima, kohezijom i kutom unutrašnjeg trenja

(linearni kriterij), a oba klasifilacijska sustava deformabilnost dovode u funkciju s kvalitetom

stijenske mase iskazanom brojem bodova (klasom).


17

Uočavajući nedostatke korištenja RMR i Q klasifikacije za procjenu čvrstoće i

deformabilnosti stijenske mase, Hoek i Brown su razvili tzv. Hoek-Brownov nelinearni

kriterij čvrstoće koji se u početku temeljio na bodovima iz RMR klasifikacije. Razvojem

ovog kriterija autori su bodovanje po RMR klasifikaciji zamjenili s GSI indeksom

(Geological Strength Index). Ovaj je pristup danas opće prihvaćen i svi noviji računalni

programi za analizu stanja naprezanja i deformacija imaju mogućnost korištenja ovog kriterija

čvrstoće stijenske mase.

Hoek-Brownov kriterij pretpostavlja izotropno ponašanje stijena i stijenskih masa. Njega

treba primjenjivati samo u slučaju gdje postoji dovoljan broj gusto raspoređenih

diskontinuiteta sa sličnim površinskim karakteristikama, odnosno kada se može pretpostaviti

izotropno ponašanje, uključujući i lomove po diskontinuitetima (Slika 8.).

Slika 8. Mogućnost korištenja Hoek-Brownovog kriterija čvrstoće u ovisnosti

o homogenosti stijenske mase i efektu razmjera


18

Gdje je veličina bloka istog reda veličine kao i građevina koju se analizira ili gdje je jedan od

setova diskontinuiteta značajno slabiji od drugih, ne treba koristit Hoek-Brownov kriterij. U

ovim slučajevima stabilnost treba analizirati na način da se prouči mehanizam loma koji

uključuje klizanje i rotaciju blokova i klinova koji su definirani diskontinuitetima koji ih

okružuju (Slika 9.).

Slika 9. Lom stijenske mase definiran je nepovoljnom orijentacijom diskontinuiteta.

Ne može se koristiti Hoek-Brownov kriterij čvrstoće stijenske mase

Prirodna naprezanja

Stijenska masa ispod zemljine površine izložena je naprezanjima koja su posljedica mase

gornje ležećih naslaga i tektonskih aktivnosti u zemljinoj kori. Ova naprezanja nazivaju se

primarnim ili in-situ naprezanjima (in-situ stress; natural stress, initial stress; virgin stress;

absoluet stress). Kada se u stijenskoj masi izvrši iskop, podzemni ili površinski, u blizini

iskopa dolazi do promjene primarnih naprezanja. Ova izmjenjena naprezanja zovu se

sekundarna ili inducirana naprezanja (induced stresses). Često su horizontalna naprezanja

veća od vertikalnih. Poznavanje primarnih naprezanja jedan je od osnovnih uvjeta za

kvalitenu naponsko-deformacijsku analizu tijekom projektiranja podzemnih građevina

(rudnika, tunela i drugih podzemnih građevina).


19

Porni fluidi i te čenje vode

U mehanici tla voda ima ključnu ulogu u ponašanju tla. Ovisno o sadržaju vode, tlo se može

naći u različitim stanjima konzistencije. Ako se voda nalazi u svim porama kažemo da je tlo

zasićeno (saturirano), a ako je dio pora ispunjen zrakom, kažemo da je tlo nezasićeno

(nesaturirano). Sukladno principu efektivnih naprezanja, porna voda kontrolira čvrstoću tla u

nedreniranom stanju. U nekim uvjetima (potres) neka tla mogu u potpunosti izgubiti čvrstoću

što dovodi do likvefakcije tla.

U stijenskoj masi se voda pojavljuje i u porama stijene i u diskontinuitetima. Kako je

poroznost intaktne stijene mala, tečenje vode u stijenskoj masi u najvećoj je mjeri povezano s

tečenjem kroz diskontinuitete. Tečenje vode kroz stijensku masu je zbog toga u funkciji

diskontinuiteta, njihove povezanosti i hidroegeoloških svojstava okoliša. U Tablici 5.

prikazane su vrijednosti koeficijenta vodopropusnosti k za tipične stijene.

Tablica 5. Koeficijenti vodopropusnosti nekih tipičnih stijena

Stijena Vodopropusnost (voda na 20º ) k (cm/s)

Laboratoriji In situ

Pješčenjak 3 x 10-3

to 8 x 10-8 1 x 10

-3 to 3 x 10

-8

Navajo pješčenjak 2 x 10-3

Berea pješčenjak 4 x 10-5

Greywacke 3,2 x 10-8

Šejl 10-9

to 5 x 10-13

10-8

to 10-11

Pierre šejl 5 x 10-12

2 x 10-9

to 5 x 10-11

Vapnenac,dolomit 10-5

to 10-13

10-3

to 10-7

Salem vapnenac 2 x 10-6

Bazalt 10-12

10-2

to 10-7

Granit 10-7

to 10-11

10-4

to 10-9

Šist 10-8

2 x 10-7

Šist sa prslinama 1 x 10-4

to 3 x 10-4


20

Tečenje kroz pore intaktne stijene bitno je kod ležišta nafte i plina i kod podzemnih skladišta

nuklearnog otpada. U prvom slučaju pore su osnovni nosilac nafte jer se na velikim dubinama

u naftonosnim stijenama rijetko pojavljuju otvoreni diskontinuiteti koji mogu biti akumulatori

nafte.

Kod skladišta nuklearnog otpada, s obzirom na njegovu dugotrajnost (to je prvi inženjerski

objekt od koga se zahtjeva trajnost mjerena geološkim vremenom), tečenje kroz pore je bitno

jer voda može transportirati radionukleide. Voda također može biti agresivna na inženjerske

materijale (beton, čelik i sl.).

Svaki iskop djeluje na promjenu stanja naprezanja u stijeni i kao dren za podzemnu vodu.

Utjecaj vremena

Tijekom geološke povijesti stijena je bila izložena prirodnim naprezanjima. Inženjerskim

zahvatima prirodno stanje naprezanja se mijenja (Slika 10.) - ili se povećava ili smanjuje. Pri

tome vrijeme ima značajnu ulogu jer se tijekom vremena čvrstoća stijene može smanjivati,

odnosno stijena može teći ili se relaksirati.

Tečenje (creep) je definirano kao kontinuirano povećanje deformacije kod konstantnog

naprezanja. Relaksacija (relaxation) je definirana kao redukcija naprezanja kod konstantne

deformacije.

Slika 10. Međusobna ovisnost naprezanja i deformacija

Zamor (fatigue)-postoji povećanje deformacije (ili smanjenje čvrstoće) usljed cikličkih

promjena naprezanja.


21

4. Uporaba stijena kao materijala u graditeljstvu

4.1. Tehničko - građevni kamen

Tehničko ‐ građevni kamen je kamen koji se minira, mehanički drobi i usitnjava.

Koristi se kao: drobljeni kamen za održavanja cesta, drobljeni kamen za izradu donjeg ustroja

cesta - nosivih slojeva (Slika 11.), kamena sitnež za izradu bitumeniziranog materijala na

cestama, kameni agregat za izradu betona, tucanik za izradu zastora željezničkih pruga,

lomljeni kamen za zidanje i izradu obaloutvrda i vodopropusta te kao sirovina za proizvodnju

drugih raznih građevnih materijala, poput veziva i termoizolacijskih materijala. Ovisno o

namjeni, taj je kamen zdrobljen, mljeven, usitnjen ili lomljen u nepravilne komade većih

dimenzija (Slika 12.) te treba imati određena fizičko‐mehanička svojstva, granulometrijski

sastav i čistoću (Dunda i sur., 2009).

Slika 11. Nosivi sloj ceste

Ovisno o primjeni i uvjetima u kojima će se nalaziti, pored vizualnih estetskih osobnosti,

nužno je da kamen zadovolji propisane kriterije za bitna fizička i mehanička svojstva.

Obzirom na uobičajene primjene prirodnog kamena kao građevnog, oblikovnog i

konstruktivnog elementa, najčešće se zahtijeva poznavanje tlačne čvrstoće, čvrstoće na

savijanje, otpornosti na habanje, postojanosti prema kemijski agresivnim tvarima, te

poznavanje termičkih svojstava kamena.


22

Slika 12. Kamenolom tehničko-građevnog kamena - Vukov Dol

Povijesno gledajući kamen je osnovni građevni materijal. Prve građevine, spomenici,

piramide, klasične građevine starog i srednjeg vijeka, sve je to ostvareno kamenim

materijalom. Posebno se tu ističu velike, dominantne građevine. Uvjetno gledajući, kamen se

do 19.st. (razdoblje dugo 4 tisućljeća) pretežno koristi kao konstruktivni element, a od 19.st.

pa nadalje on ima pretežno estetsku funkciju. Najmasovnija primjena kamena u suvremenom

graditeljstvu je vezana uz niskogradnju. Još jedna masovna primjena je u proizvodnji betona

gdje se koristi kao agregat .

Veliki građevinski zahvati, kao što su prometnice, zahtijevaju velike količine građevnog

materijala, među kojem i tehničkog kamena (Slika 13.).


23

Slika 13. Kamenolom tehničko-građevnog kamena- Perun

Pod pojmom tehnički kamen podrazumjevamo sve vrste lomljenog i drobljenog kamena koji

se rabi u graditeljstvu, kao i ostalim gospodarskim granama. Tehnički se kamen koristi za

izgradnju prometnica te se ovisno o tehnologiji proizvodnje, dimenziji zrna, stupnju

oplemenjivanja i obradbe dijeli na :

• lomljeni kamen, dobiva se miniranjem stijenske mase i prema stupnju obradbe

dijeli na obični lomljeni i poluobrađeni lomljeni kamen. Obrađeni se kamen prema

stupnju obradbe dijeli na polutesani i tesani kamen - to su kocke i prizme različitih

dimenzija;

• drobljenac, dobiva se drobljenjem većih komada kamena ;

• kamenu sitnež, koja se dobiva jednostrukim ili višestrukim drobljenjem kamena, a

prema stupnju oplemenjivanja, dijeli se na plemenitu i običnu kamenu sitnež. Podjela


24

kamene sitneži na običnu i plemenitu sitnež zasniva se na stupnju predrobljavanja i

oplemenjivanja u tehnološkom procesu proizvodnje ;

• drobljeni pijesak, dobiva se drobljenjem kamena u tehnološkom postupku proizvodnje

kamene sitneži ;

• kameno brašno ili "filer", dobiva se drobljenjem kamena i ima uporabu kao ispuna

u izradbi asfaltnih mješavina, kao i ispuna u ostalim granama industrije.

Kamen se ugrađuje u cijelu kolničku konstrukciju, od donjih nosivih slojeva do završnih

slojeva asfaltnih kolnika.

Radovi se na izgradnji prometnica kroz kamene terene često izvode miniranjem uz utovar i

prijevoz odminiranog materijala.

Materijal dobiven miniranjem stijena duž trase, ukoliko ona ima povoljna fizikalno-

mehanička svojstva, rabi se kao lomljeni kamen bez posebne obradbe za ispunu pri betonskim

radovima te kao podloga za kolnike, ili prerađen u agregate (drobljenac) ili kamenu sitnež.

Radi potpunog razumijevanja, treba razlučiti termin kamen (opći naziv za tvrdi prirodni

anorganski materijal) od termina tehnički građevni kamen (mineralna sirovina). Svaki kamen

nije ujedno i tehnički građevni kamen.

Tehnički građevni kamen je onaj koji se može primijeniti za neku od tehničkih namjena, što je

uvjetovano njegovim fizičkim, kemijskim i tehničko-tehnološkim svojstvima (općenito:

tehničkim svojstvima), koja pak moraju udovoljavati tehničkim uvjetima za primjenu u

graditeljstvu.

Nešto sveobuhvatnija definicija glasi: pod tehničkim građevnim kamenom podrazumijevaju

se sve vrste kamena eruptivnog, metamorfnog ili sedimentnog podrijetla, odvojenog od stijene

na prirodan ili umjetan način, a koristi se u graditeljstvu za visokogradnju i niskogradnju, bilo

kao lomljeni kamen, nedrobljeni ili drobljeni, nefrakcionirani ili frakcionirani kameni agregat.


25

Tehnički građevni kamen koristi se u graditeljstvu (Mesec, 2009) :

• u niskogradnji: za izradu nasipa; za izradu posteljica; za izradu obložnih zidova; za

izgradnju i održavanje lokalnih i gospodarskih cesta; za izradu nosivih slojeva

stabiliziranih mehanički ili hidrauličkim vezivima; za izradu tucaničkih zastora; za

proizvodnju drobljenog kamenog agregata, drobljenog pijeska i kamenog brašna za

izradu asfaltnih mješavina i betona, za izradu habajućih slojeva,

• u visokogradnji: kao lomljeni kamen za zidanje; za proizvodnju drobljenog kamenog

agregata i drobljenog pijeska; za izradu betona; za izradu žbuka i mortova (Slika 14.),

• u hidrogradnji: za izradu kamenog nabačaja ("rip-rap"); za izradu obaloutvrda; za

izradu vodopropusta; za izradu drenažnih sustava; za proizvodnju drobljenog kamenog

agregata i drobljenog pijeska za izradu betona. S obzirom na način pridobivanja

tehničkog građevnog kamena, razlikuju se sljedeći proizvodi : prirodna drobina,

odminirani kamen, lomljeni kamen, nefrakcionirani i frakcionirani kameni agregat,

drobljeni nefrakcionirani i frakcionirni kameni agregat, drobljeni pijesak i kameno

brašno.

Slika 14. Izrada zaštitnih betonskih lukova


26

Uporaba sipkih gradiva

Ugradba sipkih gradiva obuhvaća izvedbu privremenih ili trajnih zemljanih građevina, ali i

manjih nasutih konstrukcija, najčešće u obliku nasipa različitih mjera i oblika. Ugradba sipkih

gradiva, osim pri izvedbi nasipa, provodi se u manjem obujmu kod izvedbe raznih slojeva

čistoće, posteljica, zatim drenažnih i filterskih slojeva, zatim pri zatrpavanju rovova,

nasipavanju oko izvedenih temelja itd. Tu se radi o radovima u razmjerno skučenim

prostorima nasipavanja koji se izvode malim strojevima i posebnom opremom za sabijanje a

ponekad je moguć jedino ručni rad. Masovno nasipavanje se vrši pri izvedbi cesta ili nasutih

brana ili sličnih građevina odnosno konstrukcija od sipkih prirodnih mineralnih gradiva -

miniranog kamena, kamene sitneži itd. (Linarić, 2005).

Mogu biti jednoslojni ili višeslojni odnosno nasipavanje može biti odjednom u punoj debljini

ili u više tanjih slojeva određene debljine. U pogledu raznolikosti ugrađenog materijala nasipi

mogu biti jednovrsni kada se ugrađuje ista vrsta sipkog gradiva ili miješani od više vrsta

sipkih gradiva pri čemu miješanost može biti po čitavom obujmu nasipa ili se izmjenjuju

slojevi pojedinih vrsta gradiva unutar tijela nasipavanja, a što je slučaj primjerice kod izvedbe

nasutih brana.

Ugradba sipkih gradiva prilikom izvedbe nasipa obuhvaća kao tehnološki postupak četiri

osnovna zahvata:

(1) istresanje (nakon dovoza) sipkog gradiva,

(2) razastiranje,

(3) ravnanje (planiranje) i

(4) sabijanje po pojedinim slojevima ili ukupnog tijela nasipa.

Razastiranje i ravnanje (planiranje) zajednički sačinjavaju oblikovanje nasipa u zadanim

mjerama. Osim navedenih osnovnih zahvata pri ugradbi sipkih zamljanih i kamenih materijala

odnosno izvebe nasipa može se još izvoditi - vlaženje gradiva (ili nasuprot tomu njegovo

sušenje odležavanjem) najčešće prije razastiranja radi poboljšanja njegovih povoljnih fizi čko-

mehaničkih obilježja koja olakšavaju rada na nasipavanju odnosno čine odabranu tehnologiju

građenja što djelotvornijom u njezinoj primjeni, stabilizacija («očvršćenje») materijala

njegovim miješanjem nekim vezivom radi dodatnog poboljšanja njegovih fizičko-mehaničkih


27

obilježja kao ugrađenog materijala, a koja se ne bi mogla postići uobičajenim tehnološkim

postupcima ugradbe predmetnog materijala.

Istresanje sipkog gradiva kod nasipavanja odnosno izrade nasipa obuhvaća njegovo

najgrublje raspoređivanje u vidu malih gomila izvedenih jedana do druge na prostoru ili

površini nasipavanja.

Razastiranje materijala je raspodjela materijala na mjestu ugradbe u manje-više približno

zadanim količinama (obujmu). Obujam razastiranja u sebi sadrži također višak gradiva

potreban za izravnanje i sabijanje nasutih slojeva kako bi se nakon sabijanja (tj. slijeganja

uslijed sabijanja) ostvarile zadane mjere nasipa osobito njegova visina. Grubo razastiranje

materijala izvodi se strojno uglavnom dozerima te grejderima velike snage. Moguće je

također početno grubo razastiranje dozer-skrejperima, skrejperima (to je dio ukupnog

postupka njihova rada na iskopu, prijevozu i djelomičnoj ugradnji iskopanog materijala) kao i

bagerima (u manjem obujmu primjerice na pokosima nasipa, zatim prilikom zatrpavanja

rovova, nasipavanja drenaža i filterskih slojeva itd.). «Fino» razastiranje izvodi se također

dozerima manje do srednje snage, grejderima te također bagerima kao u prethodno navedenim

slučajevima.

Ravnanje (planiranje ) nasipavanja je dotjerivanje posteljice planuma međusloja ili završnog

sloja nasipavanja na projektiranu visinu uz izvedbu potrebnog nadvišenje radi ostvarenja

projektirane visine prilikom odnosno nakon sabijanja. Izvodi se uglavnom grejderima pa su

grejderi osnovni strojevi koji se rabe na oblikovanju nasipavanja pri ugradbi sipkih gradiva.

Sabijanje (sabijanje, “kompaktiranje”) je završni tehnološki zahvat (a ponekad se, zbog

njegova značaja pri ugradbi sipkih gradiva sagledava kao tehnološki postupak za sebe) pri

izvedbi nasipa kao samostalnih konstrukcija ili građevina za sebe, ali i pri uređenju temeljnog

podtala. Njime se poboljšavaju fizičko-mehanička i ostala građevinsko-tehnička obilježja

materijala koje se ugrađuje. Sabijanjem se osobito povećava posmična čvrstoća ugrađenog

materijala (otpornost na tlak i smicanje), zatim smanjuje njegova naknadna stišljivost,

vodopropusnost i mogućnost upijanja vode odnosnopostiže se njegova vodonepropusnost.

Time se u nekim vrstama ugrađenih materijala izbjegava njihovo neželjeno bubrenje. Također

se, između ostalog, izbjegava kasnije slijeganje nasipa te dobiva najveća mogućnost ukupna

stabilnost nasute građevine osobito njezina pokosa.


28

4.2. Arhitektonsko - građevni kamen

Arhitektonski kamen se koristi kao blokovski, zatim u pločama za unutarnja i vanjska

horizontalna i vertikalna oblaganja tj. kao dekorativno – zaštitini i dekorativno – funkcijski

element građevnih objekata svih namjena, zatim za arhitekturu spomen – obilježja, arhitekturu

groblja i kiparstvo.

U suvremenom graditeljstvu kamen se koristi kao ukrasno zaštitna obloga nosive konstrukcije

od armiranog betona. Temeljni oblik pri takvom suvremenom korištenju kamena kao

arhitektonsko građevnog elementa su ploče najčešće debljine 2 do 4 cm.

Korištenje kamena kao tanke kamene obloge prvenstveno betonskih konstrukcija, on poprima

dekorativno funkcijsku odnosno dobiva dekorativno – zaštitnu ulogu.

Od arhitektonskog kamena se znači izrađuju ploče različito obrađenih površina (štokano,

žljebano, zubasto, šarirano, rustično, piljeno, glodano, brušeno, polirano, pjeskareno,

paljeno), za vanjska zidna i podna oblaganja (trgova, slobodnih terasa oko kuća, krovnih

terasa, balkona, stubišta, itd.), za unutarnja vertikalna i horizontalna oblaganja i za pokrivanje

krovova.

Od arhitektonskog kamena se izrađuju nadalje kameni okviri za prozore i vrata; kameni okviri

lukovi i vijenci, stupovi i pilastri, prozorske klupčice itd.

Za sve namjene bilo da se radi o oblaganju interijera ili eksterijera, vertikalnih ili

horizontalnih površina, stubišta, uređenog okoliša ili izgradnji spomen obilježja, arhitektonski

kamen prvenstveno služi za oplemenjivanje čovjekovog okoliša.

Za svaki slučaj namjene temeljni proizvod iz kojeg se izgrađuju naznačeni proizvodi je

kameni blok.


29

Arhitektonsko-građevni kamen je tradicionalni građevni materijal od antike do danas. Od

ostalih mineralnih sirovina izdvajaju ga njegov izgled i svojstva, kao i posebni zahtjevi u

dobivanju blokova iz stijenske mase.

U građevinama je dekorativno funkcionalni i dekorativno zaštitni element (Slika 15.).

Slika 15. Spomenik Vittoriano - oltar domovine na Piazza Venezia

Komercijalno se dijeli u dvije grupe (Pletikosić, 2007.):

• graniti, obuhvaćaju magmatske i metamorfne silikatne stijene,

• mramori, obuhvaćaju karbonatne stijene bez obzira na genezu (dakle

vapnence i dolomite te mramore).

Zbog posebne prirode uporabe taj kamen ne smije sadržavati pukotine i mikropukotine koje bi

mogle uzrokovati njegovo pucanje pri ugrađivanju ili tijekom vremena izloženosti na

građevini.


30

Zato je važno da taj kamen nije pretrpio naprezanje tijekom geološke povijesti, niti da je bio

podvrgnut jačem djelovanju naprezanja, posebice djelovanjem eksploziva pri vađenju iz

stijenske mase.

Uporaba je eksploziva u eksploataciji ukrasnog kamena ograničena (Božić, 1998.):

• za miniranje otkrivke koja leži iznad eksploatacijskog sloja (Slika 16.), pod režimom

miniranja milisekundnim usporivačima da se usitni otkrivka, a izazvani seizmički

efekti da ne oštete ostali dio ležišta iz kojega se vade blokovi,

• za eksploataciju arhitektonsko - građevnog kamena, koja može biti podzemna i

površinska.

Slika 16. Odminirana otkrivka prespliting miniranjem u kamenolomu Kanfanar

Površinska eksploatacija može biti :

• eksploatacija kamenih samaca ili bouldera (usmjereno miniranje), gdje se koristi

sposobnost kamena da se cijepa bušenjem usmjerenih bušotina i njihovim minirajem

eksplozivima sa što manjom brzinom širenja plinova (Slika 17.).

• eksploatacija masivnih ležišta za dobivanje blokova iz stjenske mase miniranjem

detonirajućim štapinom ili crnim barutom.


31

Slika 17. Površina izvađenog kamenog bloka

Dobivanje blokova detonirajućim štapinom

Temeljni uvjet uspješnog rada jest da blok-banak bude s pet strana odvojen iz svoga

ležišta i da se šesta ploha oslobađa detonirajućim štapinom. Takvom se tehnologijom dobiva

vapnenački konglomerat u ležištu Marići pri Obrovcu.

Ukoliko bočne strane nisu prirodno slobodne, ograničene prirodnim diskontinuitetima,

oslobađaju se umjetno.

Detonirajući se štapin obično primjenjuje kad kameni blok nije vezan za svoju podinu, već na

nju naliježe. Ako je blok čvrsto vezan za podinu tom plohom, horizontalno se odvaja pomoću

žične pile ili crnog baruta .

Blok se detonirajućim štapinom odvaja crtom bušotina. U svaku ili svaku drugu bušotinu

stavlja se detonirajući štapin, koji se poveže na glavni vod i aktivira rudarskom kapicom br.8

ili električnim upaljačem (Slika 18.).


32

Slika 18. Miniranje detonirajućim štapinom

Bušotine su međusobno udaljene 15-20 cm. Prostor oko detonirajućeg štapina u bušotini nije

potrebitno ispunjavati, već je važno da se izvede dobar čep duljine 30-40 cm. Plinovi nastali

detonacijom detonirajućeg štapina najmanje uništavaju blok i odbacuju ga i do 50 cm iz

prvobitnog položaja, što olakšava njegovo vađenje. Ako se prostor oko detonirajućeg štapina

u bušotini ispuni pijeskom blok će se presjeći po crti bušotina i pomaknuti samo za nekoliko

milimetara. Oko svake bušotine poremeti se struktura kamene mase u polumjeru oko 10 cm,

što je čisti gubitak zdrave mase.

Odvajanjem blokova detonirajućim štapinom kada bušotine nisu ispunjene i s dobro

izvedenim čepom, u odnosu na rad žičnom pilom, postižu se višestruke uštede, i uvijek se

primjenjuje kada to svojstva kamena iostali uvjeti dopuštaju.

Dobivanje blokova crnim barutom

Miniranje crnim barutom primjenjuje se za izbacivanje blokova većih masa s višim i dužim

radnim čelom. Blok koji se minira treba imati pet slobodnih ploha, a duž šeste se oslobađa

bušenjem i miniranjem crnim barutom. Aktiviranjem crnog baruta nastaje tlak koji oslobađa i

posljednju plohu bloka koja ga veže sa stijenskom masom, a ujedno ga odbacuje iz ležišta, što

olakšava dalje vađenje.

Sveučilište u Zagrebu Završni

Punjenje crnim barutom može biti d

• međuispunama u bušotinama, primjenjuje se u stijenama s kavernama, gdje

mogućnost da se plinovi nastali detonacijom crnog baruta duž njih izgube.

bušotine nakon ubacivanja detoniraju

inertnim materijalom, a u zonama s kavernama ostaje samo detoniraju

je dobro postaviti i izvesti

• praznim bušotinama izvo

nakon ubacivanja detoniraju

ostalom dijelu bušotine do

a)

Slika 19. Punjenje minskih bušotina

Dobivanje se blokova crnim barutom izvodi u

• tektonski razlomljenim stijenskim masama,

• u relativno "zdravim" tektonski

ilište u Zagrebu Završni

arutom može biti dvojako (Slika 19.):

uispunama u bušotinama, primjenjuje se u stijenama s kavernama, gdje

nost da se plinovi nastali detonacijom crnog baruta duž njih izgube.

bušotine nakon ubacivanja detonirajućeg štapina sipa se crni barut. Me

inertnim materijalom, a u zonama s kavernama ostaje samo detoniraju

je dobro postaviti i izvesti čepljenje minske bušotine.

izvodi se u kompaktnijim stijenskim masama, u dno bušotine

nakon ubacivanja detonirajućeg štapina sipa se manja količina crnog baruta, a u

ostalom dijelu bušotine do čepa je samo detonirajući štapin.

a) b)

. Punjenje minskih bušotina a) međuispunama i b) bez ispune

okova crnim barutom izvodi u:

tektonski razlomljenim stijenskim masama,

"zdravim" tektonski manje poremećenim stijenskim masama.

ilište u Zagrebu Završni rad

33

uispunama u bušotinama, primjenjuje se u stijenama s kavernama, gdje postoji

nost da se plinovi nastali detonacijom crnog baruta duž njih izgube. U minske

eg štapina sipa se crni barut. Međuzone se pune

inertnim materijalom, a u zonama s kavernama ostaje samo detonirajući štapin. Važno

masama, u dno bušotine

čina crnog baruta, a u

) bez ispune

enim stijenskim masama.


34

U tektonski razlomljenim stijenskim masama pripremni radovi moraju biti što manji, jer je

koeficijent iskorištenja mali. Zbog mnogih vena i raspuklina, bočni usjeci se često mogu

izbjeći. Raspucane su zone slobodne plohe bloka. Podina može biti prirodno slobodna.

Slojnica između bloka i podine smatra se slobodnom plohom eksploatacijskog bloka. Ako je

veza bloka i podine čvrsta, tu plohu oslobađamo piljenjem po granici podine i bloka.

Piljenje žičnom pilom u raspucanim stijenskim masama je skupo, pa se ta ploha može

osloboditi predminiranjem crnim barutom ili detonirajućim štapinom. Bušotine se buše duž

granice podina-blok u razmaku od 40 do 50 cm. Miniranjem bušotina detonirajućim štapinom,

a po potrebi s dodatkom crnog baruta, odvaja se blok po crti bušotina. Tako dobivena ploha

smatra se slobodnom, iako kasnijim miniranjem dolazi do manjeg odbacivanja bloka uslijed

povećanog trenja između podine i bloka.

U tektonski poremećenim zonama linija najmanjeg otpora iznosi i do 6,0 m. Razmak minskih

bušotina treba biti što manji, a promjer je minskih bušotina najčešće 60-70 mm. Minske se

bušotine pune eksplozivom u količini od 200-300 g/m3, tako da miniranjem dolazi do

razbacivanja komada stijene iz miniranog bloka koji se raspao po prirodnim

diskontinuitetima. Ako je blok "zdrav", usjeci se ne izvode miniranjem, već piljenjem

okomito na čelo bloka. Ako je slojnica između podine i bloka slobodna, blok dalje ne treba

pripremati već se prelazi na vertikalno odvajanje po bušotinama koje se miniraju. Izbojnica se

uzima manja od 4,0 m, a razmak između bušotina manji od 0,8 m. Minske se bušotine pune

crnim barutom u količini oko 30-50 g/m3, a iniciranje se izvodi detonirajućim štapinom.

Crni barut nalazi se na dnu bušotine a ostali dio bušotine osim, detonirajućeg štapina, nije

ispunjen, osim što na vrhu bušotine dolazi čep od gline. Tijekom eksplozije dolazi do

ravnomjernog potiskivanja svake točke oko bušotina, pa se blok pomiče horizontalno iz

ležišta za najmanje 10 cm, što je dovoljno za dalji rad izvlačenja bloka užetom i dizalicom.

Metoda kombiniranog rada piljenja i miniranja uz pravilnu uporabu žične pile i crnog baruta

daje najveće učinke s vrlo malim gubitkom zdrave stijene.

Uz nisku cijenu koštanja eksploatacije bloka, ova metoda je povoljna za eksploataciju u

brdovitim terenima, gdje su visoka radna čela i gdje je otežan ili nemoguć pristup

mehanizacijom.


35

5. Zaključak

Stijena kao materijal kojim se gradi, najlakši je inženjerski problem vezan uz

korištenje stijene kao inženjerskog materijala, zbog činjenice da postoji mogućnost odabira

stijene kojom će se graditi.

Neusporedivo teži problem je građenje u i na stijeni. Kod ovih radova u pravilu nema

mogućnosti izbora stijene, već se mora graditi u stijeni kakva se nalazi u prirodi, na mjestu

izvođenja radova.

Kod inženjerskog pristupa potrebno je odrediti fizikalna i mehanička svojstva materijala te

prirodno stanje naprezanja kako bi se mogao projektirati inženjerski objekt. Općenito je

poznato da ispucalost stijene kontrolira stabilnost građevina blizu površine dok prirodna

napregnutost kontrolira stabilnost dubokih građevina.

Najčešći tip korištenja stijena je tehničko-građevni kamen, pod kojim se podrazumijevaju sve

vrste lomljenog i drobljenog kamena koji se rabi u graditeljstvu, kao i ostalim gospodarskim

granama.

Tehničko‐građevni kamen je kamen koji se minira, mehanički drobi i usitnjava u nepravilne

komade većih dimenzija. Mora imati određena fizičko‐mehanička svojstva, granulometrijski

sastav i čistoću.

U suvremenom graditeljstvu arhitektonsko-građevni kamen se koristi kao ukrasno zaštitna

obloga nosive konstrukcije od armiranog betona. Temeljni oblik pri takvom suvremenom

korištenju kamena kao arhitektonsko građevnog elementa su ploče.

Neovisno o tome da li se radi o tehničko - građevnom ili arhitektonsko - građevnom kamenu

dobivanje kamena kao stijenskog materijala se temelji na miniranju stijenske mase i

eksploataciji odminirane stijene ili čitavih blokova.


36

6. Literatura

Božić, B. (1998): Miniranje u rudarstvu, graditeljstvu i geotehnici, Sveučilište u Zagrebu,

Geotehnički fakultet Varaždin

Dunda S., Kujundžić T., Globan M., Matošin V. (2009): Eksploatacija arhitektonsko-

građevnog kamena, Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet

Linarić Z. (2005): Tehnologija građenja I.,Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet

Mesec, J. (2009): Mineralne sirovine, vrste i načini dobivanja, Sveučilište u Zagrebu,

Geotehnički fakultet Varaždin

Pletikosić, L. (2007): Primjena kamena u graditeljstvu, Sveučilište u Zagrebu, Građevinski

fakultet

Vrkljan, I. (2007): Podzemne građevine i tuneli, Sveučilište u Rijeci, Građevinski fakultet i

Institut građevinarstva Hrvatske d.d. Zagreb


37

Sažetak

Ime i prezime autora : Nikola Počekal

Naslov rada : Uporaba stijena kao materijala u graditeljstvu

Stijena se može promatrati kao materijal kojim se gradi te u kojem i na kojem se gradi.

Uporaba stijene kao građevnog materijala jednostavnija je utoliko što postoji mogućnost

izbora stijene, dok se u ostalim slučajevima gotovo uvijek radi u stijeni kakva se nalazi na

mjestu izvođenja radova. Kod inženjerskog pristupa potrebno je odrediti fizikalna i

mehanička svojstva materijala te prirodno stanje naprezanja kako bi se mogao projektirati

inženjerski objekt. Najčešći tip korištenja stijena je tehničko-građevni kamen, pod kojim se

podrazumijevaju sve vrste lomljenog i drobljenog kamena koji se rabi u graditeljstvu. U

suvremenom graditeljstvu arhitektonsko-građevni kamen se koristi kao ukrasno zaštitna

obloga nosive konstrukcije od armiranog betona. Neovisno o tome da li se radi o tehničko -

građevnom ili arhitektonsko - građevnom kamenu, dobivanje kamena kao stijenskog

materijala se temelji na miniranju stijenske mase i eksploataciji odminirane stijene ili čitavih

blokova.

Klju čne riječi: tehničko-građevni kamen, arhitektonsko-građevni kamen,

intaktna stijena, diskontinuiteti

zavrsni rad nikola pocekal · stijena se u inženjerstvu koristi kao (vrkljan, 2007) : •...

Documents