1

GRADNJA VKOPOV Gradnja vkopov je eden najbolj tveganih gradbenih posegov, saj vkop pomeni zavestno spremembo geometrije prostora v manj varno stanje. Ker je natančna struktura tal in lastnosti slojev, predvsem kontaktov med sloji, težko ugotovljiva s preiskavami, pri gradnji vkopov lahko pride do neljubih presenečenj. Vkop je gradbeni objekt z različnimi fazami: • raziskave tal v celotnem vplivnem območju vkopa • načrtovanje, • izvajanje, • kontrola kvalitete izvedenih del, • uporaba, • tehnično opazovanje (monitoring), • vzdrževanje. Primerjava z nasipom: • vkop je v celoti grajen v pogojih, ki jih narekuje geološka

zgradba prostora, • nasip je kontrolirano grajen iz izbranega materiala na

temeljnih tleh, kakršna so na lokaciji. Alternativa pri vkopih globine (okvirno) 15 do 50 m globine je gradnja predora. Vkop Predor Cenejši dražji praviloma hitreje dokončan počasna izvedba veliko izkopnega materiala malo izkopnega materiala velik poseg v prostor okolju bolj prijazen za vožnjo prijeten za vožnjo manj prijazen

2

NAČRTOVANJE VKOPOV Nujne kvalitetne raziskave. Ugotoviti je potrebno: • zgradbo tal, predvsem so pomembna menjavanja prepustnih

in manj prepustnih slojev in kontakti med njimi, • usmerjenost plastovitosti in razpok v hribinah, • režim podtalnice in prepustnost posameznih slojev, • strižne karakteristike in prostorninsko težo zemljin in hribin, • občutljivost materialov na atmosferske vplive in

razbremenitev. Tipične raziskave za gradnjo vkopov: • inženirsko geološko kartiranje, • sondažna dela s terenskimi preiskavami karakteristik tal, • geofizikalne meritve, • laboratorijske preiskave. Kaj spremenimo z gradnjo vkopa? • Geometrijo terena (nove brežine so strmejše od prvotnih). • Vkop pomeni odstranitev materiala in s tem podpore za

preostali material – poslabšanje statičnih razmer.

• Tok podtalnice.

• Materiali na vkopnih brežinah so bili pred izkopom skriti

globoko pod površjem, nenadoma pa so izpostavljeni velikim razbremenitvam in atmosferskim vplivom: padavinam, zmrzali, eroziji, kar vse pospešuje preperevanje materiala in s tem spreminjanje njegovih mehanskih lastnosti.

3

Projektni kriteriji

Pri načrtovanju vkopov moramo misliti na naslednje dejavnike:

1. stabilnost vkopnih brežin, 2. vpliv vkopa na bližnjo okolico (stabilnost bližnjih področij,

posledice spremembe režima podtalnice na posedke objektov ali presahnitev vodnih virov, ...),

3. vpliv okolice na vkop (stabilnost obstoječega terena, seizmičnost terena, prisotnost vod, ...)

4. vzdrževanje vkopnih brežin, 5. vpliv vetrov (snežni zameti ali peščeni nanosi, erozija), 6. izgled vkopa in vklapljanje v okolico, 7. ekonomiko.

Stabilnost vkopa je primarna naloga projektanta. Nanjo vplivajo: • materialne karakteristike hribin in zemljin (predvsem strižne

karakteristike, prostorninska teža ter posredno prepustnost), • lega in lastnosti stikov med posameznimi sloji, • geološka zgodovina prostora (morebitna prisotnost

»fosilnih« plazov) • smer in vpad plasti oziroma razpok v hribinah, medsebojna

oddaljenost razpok, hrapavost njihove površine, odprtost razpok in če so razpoke zapolnjene, še karakteristike materiala v razpokah (trdnost monolitnega vzorca hribine ni merodajna za načrtovanje naklona brežine).

• Voda je najpogostejši vzrok za nestabilnosti vkopnih brežin. Površinska voda povzroča erozijo. Podtalna voda povzroča strujne sile in zmanjšuje efektivne tlake ter lahko povzroča notranjo erozijo slabše vezane hribinske mase.

razpoka

trden siv lapor

bloki peščenjakac >100kPauH=4m

4

ANALIZE STABILNOSTI

TNRrrrr

+=

∫=A

dAN σr

∫=A

dAT τr

'tan'' ϕστ += c uu c=τ

111

>=<

=m

Fττ

5

MEJNI NAKLON BREŽINE V HOMOGENIH TLEH BREZ VODE Nekoherentna tla

Koherentna tla

)ctg(ctg221 βϑγ −= hW

ϕϕ tgNT =

Ravnovesna pogoja: ∑ =−⇒= 0cos:0 ϑWNN

0sin:0 =−+⇒=∑ ϑϕ WTTT c

6

Iz pogoja, da je vsota sil na drsini minimalna:

.minsin =−+= ϑϕ WTTF c

sledi naklon kritične drsine: 2βϕϑ +

=

Mejna višina vkopa v homogenem koherentnem sloju je:

2sin

cossin22 ϕβ

ϕβγ −

=chmej

Vertikalne brežine (n.pr. jarki) so na meji stabilnosti pri višini:

−=°=

24ctg4)90( ϕπ

γβ chmej

oziroma pri dani višini h, če znaša kohezija vsaj:

−=°=

24tg

4)90( ϕπγβ hcpotr

UGOTOVI! V geotehničnih pogojih za gradnjo vkopa je zapisano, da se sme (mora) izkop izvajati v nagibu največ 1:1,5. Pri delu pride do slučaja, da je treba vkop pomembno poglobiti. Kako boš ukrepal (boš nadaljeval z vkopom v istem naklonu do večje globine ali boš naklon spremenil), če izvajaš vkop: a) v koherentni zemljini b) v nekoherentni zemljini?

7

PRIMERJAVA TRAJNIH IN ZAČASNIH VKOPOV Začasni vkopi (stabilnost takoj po izgradnji) • Takoj po izgradnji vkopa je stanje najbolj ugodno na račun

zmanjšanja pornih tlakov v tleh, ki so lahko sprva celo negativni (površinska napetost med zrnci zemljine, ki se želijo razmakniti zaradi razbremenitve).

• Začasni vkopi so lahko strmejši. • Začasne vkope (»nedrenirano stanje«) analiziramo z

upoštevanjem nedrenirane strižne trdnosti. • Začasno stanje je v prepustnih zemljinah zelo kratkotrajno,

nanj lahko resno računamo le v glinah. Da bi bil učinek čim daljši, je potrebno vkopne brežine zaščititi pred padavinami.

Trajni vkopi (stabilnost po daljšem času) • Po začetnih ugodnih vplivih se porni tlaki povečajo, material

zato izgubi nekaj prvotne trdnosti. • Na površini lahko začenja material pod vplivom atmosferskih

dejavnikov preperevati, kar dodatno slabša mehanske lastnosti.

• Končno stanje je v prepustnih zemljinah doseženo hitro, v manj prepustnih pa lahko šele v več letih.

• Trajne vkope analiziramo z upoštevanjem drenirane strižne trdnosti.

8

TEHNIČNE MOŽNOSTI ZA VAROVANJE IN OBLIKOVANJE VKOPOV:

• prost vkop brez dodatnih ukrepov v primernem naklonu, po potrebi z vmesnimi bermami,

• vegetativna zaščita brežin za protierozijsko zaščito in kot ojačitev površinskega sloja, ki je podvržen preperevanju,

• zaščita brežin z žičnimi mrežami za zadrževanje odkrušenega materiala, po potrebi tudi odmik brežine od prometnice (prostor za zbiranje odkrušenega materiala),

• izdelava prečnih kamnitih reber za ojačitev brežin in znižanje podtalnice,

• varovanje brežin s pasivnimi sidri, • neugodne vplive relaksacije in preperevanja brežin lahko

omilimo z roliranjem brežin, kamnito oblogo pa lahko prekrijemo s humusom in ozelenimo,

• različni drenažni sistemi za kontrolo podtalnice, • izgradnja podpornih konstrukcij, po potrebi sidranih, preostali

del vkopa je lahko v blažjem naklonu, • poljubne kombinacije naštetih ukrepov.

Pasivna sidra (soil nailing)

Varovanje vkopne brežine s pasivnimi sidri. Pasivna sidra se štejejo za sistematičen ukrep, če so vgrajena vsaj z gostoto 1 sidro/6m2.

9

Pasivna sidra v stabilnostni analizi (upošteva se manjšo od sil: F in mejna nosilnost sidra) IBO sidra

Najpreprostejše pasivno sidro je rebrasta armaturna palica, vtisnjena v predhodno izvrtano in z injekcijsko maso zapolnjeno vrtino. Razvita so raznovrstna sidra za različne razmere:

• Ko vrtina ni stabilna (se ruši), uporabljamo sidra, ki imajo lastno vrtalno krono in so votla, da omogočajo naknadno injektiranje (n.pr. IBO sidra).

• Ko potrebujemo takojšen učinek (pretežno v suhih kamninah), lahko uporabimo Swellex sidra (sidra iz tanjše pločevine, ki se po vstavitvi s tlakom vode napne tako, da ima dober trenjski stik s kamnino.)

10

Običajno zaporedje del pri varovanju vkopne brežine s pasivnimi sidri. Drenažna rebra Z drenažnimi rebri odvajamo vodo iz brežine. S tem preprečujemo erozijsko delovanje talni vodi. Istočasno pomenijo drenažna rebra tudi ojačitev brežine, saj so izdelana iz kamnitega materiala. Lociramo jih lahko sistematično v pravilnih medsebojnih razdaljah ali lokalno na mestih, kjer se na površini pojavi izvir (mokra cona).

Levo: kamnita drenažna rebra, desno: kamnita »plomba« s katero je nadomeščen razmočen, delno splazel material.

11

Berme Na višjih vkopih izvajamo berme na 6 do 12 m višine (največkrat na 8 do 10 m). Njihov namen je: • vzdrževanje brežine, • omogoča zbiranje odkrušenega kamenja, • povečanje varnosti (manjši generalni nagib), • zmanjšujejo erozijsko moč površinske vode ob močnejših

padavinah, • zmanjšujejo ogroženost zaradi zdrsov snega. IZVEDBA VKOPOV Izvedba sledi v naslednjih korakih: • zakoličba in postavitev profilov, • odstranitev in deponiranje humusa, • izkop s sprotnim odvodnjevanjem, • ureditev trajnega odvodnjevanja, • humusiranje in zatravitev ali zasaditev. Glede na uporabljeno mehanizacijo delimo gradnjo vkopov na: • strojni izkop (buldozer, bager, buldozer z rijačem, rezkar,

bager s pnevmatskim kladivom, transportna sredstva) • izkop z miniranjem (pre-splitting) Glede na materiale v vkopih je izkop različno težko izvajati, oziroma so dela različno zahtevna. Zato za potrebe načrtovanja in obračuna del materiale v prostoru vkopa klasificiramo. Pri gradnji cest se uporablja kategorizacija s petimi kategorijami, ki je prikazana s preglednico na naslednji strani.

12

O

cena

upo

rabn

osti

Prim

erna

sam

o ko

t os

nova

za

ozel

enitv

e;

ni n

osiln

a ni

ti st

abiln

a ni

ti od

porn

a pr

oti e

rozi

ji

V n

arav

nem

sta

nju

ni

upor

abna

V n

arav

nem

sta

nju

in

ustre

znem

vre

men

u up

orab

na z

a na

sipe

; no

siln

ost i

n st

abiln

ost

sta

odvi

sni o

d zu

nanj

ih

vpliv

ovP

ravi

lom

a do

bro

nosi

lns

in s

tabi

lna;

us

trezn

e zr

navo

sti j

e pr

imer

na z

a na

sipe

in

post

eljic

o

Ust

rezn

e zr

navo

sti j

e ze

lo d

obro

nos

ilna

in

stab

ilna

ter p

rimer

na

za n

asip

e in

/ali

pred

elav

o

Nač

in iz

kopa

Bul

doze

r Ba

ger

Bage

r, bu

ldoz

er

Buld

ozer

, bag

er,

buld

ozer

z

rijač

em

(obč

asno

)

Bul

doze

r z

rijač

em, b

ager

s

koni

co, r

ezka

nje,

m

inira

nje

(obč

asno

)

Min

iranj

e,

rezk

anje

(iz

jem

oma)

Zrna

vost

m

ater

iala

-

>15%

Ø<0

,063

mm

>15%

Ø<0

,063

mm

<1

5% Ø

>0,0

63m

m

<30%

Ø>6

3mm

Ø

<300

mm

>30%

Ø>6

3mm

>3

0% Ø

>300

mm

Ø

<600

mm

Rašče

na k

amni

na

Ø>6

00m

m

(pre

težn

o)

Opi

s m

ater

iala

Nah

aja

se n

a po

vrši

ni te

rena

: hu

mus

in ru

ša, s

prim

esm

i gr

amoz

a, p

eska

, mel

ja in

/ali

glin

e

Je v

lahk

ogne

tni d

o ži

dki

kons

iste

nci,

lahk

o vs

ebuj

e or

gans

ke s

novi

(šot

o,

prep

erin

e)

Nah

aja

se p

od p

lodn

o ze

mlji

no

- v

sred

nje

gnet

ni d

o trd

ni

kons

iste

nci (

zem

ljine

), al

i -

- v z

bite

m s

tanj

u (p

esek

, gr

ušč,

jalo

vina

)

Lapo

r, fli

š, s

krila

vec,

tuf,

kong

lom

erat

, breča

ter

razp

okan

i, dr

oblji

vi in

pre

pere

li pe

ščen

jak,

dol

omit

in a

pnen

ec

Kom

pakt

ni d

olom

it in

apn

enec

al

i mat

eria

l z n

ad 5

0% k

osov

Ø

>600

mm

, ki j

ih je

treb

a m

inira

ti

Naz

iv

kate

gorij

e

Plod

na z

emljin

a

Slab

o no

siln

a ze

mljin

a

Dro

bnoz

rnat

a (v

ezljiv

a) in

gr

oboz

rnat

a (n

evez

ljiva)

ze

mljin

a

Meh

ka k

amni

na

Trdn

a ka

mni

na

Kat

e go

rija

1 2 3 4 5

13

Izkop lahko izvajamo kot: • čelni odkop, • odkop v terasah ali slojih (plasteh).

Značilnosti čelnega odkopa: • omogočeno je dobro odvodnjevanje, • stalna vožnja težke mehanizacije po že dokončanem delu

uničuje dno vkopa, zato v slabih materialih odkopljemo sprva 0,5 do 1,0 m manj; ta plast se nato odkoplje ob zaključku izkopnih del,

• segregacija materiala (slabše za vgradnjo v nasipe), • zahtevnejša organizacija zaradi ožjega delovnega prostora.

Značilnosti izkopa v plasteh: • material odkopavamo v slojih, zato je boljši za vgradnjo v

nasipe, • večja delovna površina, dobre trasportne poti, • potrebna stalna skrb za odvodnjevanje, • bolj občutljivo za delo v slabem vremenu (velika površina je

razmočena in tak material ni vgradljiv v nasipe),

14

ZAKLJUČNA DELA Zaključna dela niso namenjena le esteskemu videzu vkopa: • humuziranje brežin in vegetativna zaščita preprečujeta

erozijo in vdor meteornih vod, • odvodnjevanje (zbiranje površinskih vod in vod iz izvirov)

preprečuje erozijo in razmakanje brežin in varuje konstrukcije v dnu vkopa (vozišče, objekt).

TEHNIČNA SPREMLJAVA MED GRADNJO

• geološka spremljava (kartiranje odkopnih brežin – natančna zgradba terena) omogoča morebitne korekcije projekta (točna lokacija drenaž, berm, dodatni ukrepi za stabilizacijo brežin, ...),

• geodetsko opazovanje, inklinometri (opazovanje deformacij – verifikacija stabilnosti vkopa)

TEHNIČNA SPREMLJAVA MED UPORABO

• periodični pregledi brežin, vseh drenažnih sistemov omogočajo pravočasno odkrivanje težav,

• občasno geodetsko opazovanje in meritve z inklinometri opozarjajo na pojave nestabilnosti.