modul deformacije

UDK 624.131.3:552.54 Primljeno 7. 6. 2010.

GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41 35

Odreivanje modula deformacije karbonatnih stijena u hrvatskom kru Meho Saa Kovaevi, Danijela Juri-Kauni, Radovan Simovi Kljune rijei

kr, karbonatne stijene, stijenska masa, modul deformacije, klasificiranje, laboratorijska ispitivanja, terenska ispitivanja

M. Saa Kovaevi, D. Juri-Kauni, R. Simovi Pregledni rad

Odreivanje modula deformacije karbonatnih stijena u hrvatskom kru Istie se da kr zauzima vie od polovice povrine Hrvatske u kojem prevladavaju karbonatne stijene podlone okravanju. Dan je pregled laboratorijskih i terenskih ispitivanja modula deformacije stijenske mase te neizravnog odreivanja krutosti na temelju rezultata klasificiranja stijenske mase. Prikazana su hrvatska iskustva u primjeni klasifikacija za odreivanje modula deformacije stijenske mase neophodna za stjecanje novih spoznaja o krutosti karbonatnih stijena u kru Hrvatske.

Key words

karst, carbonate rocks, rock mass, strain modulus, classification, laboratory testing, in situ testing

M. Saa Kovaevi, D. Juri-Kauni, R. Simovi Subject review

Determination of strain modulus for carbonate rocks in Croatian flysch It is emphasized that karst is present in more than a half of Croatian areas in which carbonate rocks are affected by karstification. An overview of laboratory and in situ testing of rock mass strain modulus, including an indirect determination of stiffness based on rock mass classification results, is given, Croatian experience in the conduct of classifications aimed at determining the rock mass strain modulus, essential for gaining new knowledge about stiffness of carbonate rocks in Croatian karst, is presented.

Mots cls

karst, roches carboniques, masse rocheuse, module de contrainte, classification, essai en laboratoire, essai in situ

M. Saa Kovaevi, D. Juri-Kauni, R. Simovi Ouvrage de syntse

Dtermination du module de dformation pour les roches carboniques dans le flysch croate Il est soulign que le karst est prsent dans plus d'une moiti des zones croates dans lesquelles les roches carboniques sont soumises la karstification. Un aperu sur des essais en laboratoire et in situ du module de dformation de la masse rocheuse, y compris la dtermination indirecte de rigidit base sur les rsultats de classification de la masse rocheuse, est prsent. L'exprience croate dans le dveloppement des classifications vises dterminer le module de contrainte de la masse rocheuse, indispensable pour l'acquisition des connaissances nouvelles sur la rigidit des roches carboniques dans le karst croate, est prsente.

o , , , o eoa , , ,

M. , . -, .

o eoa , . , . o eoa , , . o eoa , .

Schlsselworte

Karst, Karbonatgestein, Gesteinsmasse, Verformungsmodul, KLassifizierung, Laboruntersuchungen, Gelndeuntersuchungen

M. Saa Kovaevi, D. Juri-Kauni, R. Simovi bersichtsarbeit

Bestimmung des Verformungsmoduls von Karbonatgestein im kroatischen Karst Es wird hervorgehoben dass der Karst mehr als die Hlfte der Oberflche Kroatiens einnimmt, wobei dem das der Versplitterung ausgesetzte Karbonatgestein berwiegend ist. Ausgelegt ist ein berblick der Labor- und Gelndeuntersuchungen des Verformungsmoduls der Gesteinsmasse sowie der indirekten Besimmung der Steifigkeit auf Grund der Ergebnisse des Klassifizierens der Gesteinsmasse. Dargestellt sind kroatische Erfahrungen mit der Anwendung der Klassifikation fr die Bestimmung des Verformungsmoduls der Gesteinsmasse, unentbehrlich fr den Erwerb neuer Erkenntnisse ber die Steifigkeit des Karbonatgesteins im Karst Kroatiens.

Autori: Prof. dr sc. Meho Saa Kovaevi, dipl. ing. gra.; dr. sc. Danijela Juri-Kauni, dipl. ing. gra., Sveuilite u Zagrebu Graevinski fakultet, Zagreb; Radovan Simovi, dipl. ing. gra., Institut IGH, Zagreb

Modul deformacije stijena M. Saa Kovaevi, D. Juri Kauni, R. Simovi

36 GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41

1 Uvod

Odreivanje krutosti stijenske mase jedna je od najva-nijih zadaa pri provoenju numerikih analiza u stijen-skom inenjerstvu. Modul elastinosti stijenske mase nuan je parametar za svaku numeriku analizu i prog-nozu deformacija geotehnikih konstrukcija. Stijena je uglavnom razlomljena, heterogena, anizotropna i disko-ntinuirana. Krutost stijenske mase ovisi o stupnju raspu-calosti stijenske mase, stiljivosti pukotina i stiljivosti intaktnoga stijenskog materijala izmeu pukotina. Ras-pucana stijenska masa ima znatno manju krutost od intaktne stijene.

Krutost stijenske mase moe se odrediti laboratorijskim ispitivanjima, terenskim ispitivanjima te na temelju re-zultata klasificiranja stijenske mase.

2 Laboratorijska ispitivanja modula deformacije stijenske mase

Za ispitivanje modula deformacije u laboratoriju rabe se cilindrini uzorci stijene dobiveni dijamantnim buenjem koje najmanje oteuje stijenu i na taj nain najbolje re-prezentira njezina svojstva krutosti. Obujam je ispitanog uzorka V 210-4 m3. Rezultat laboratorijskih ispitivanja je modul elastinosti (E) definiran kao omjer naprezanja i deformacija ispod granice proporcionalnosti materijala. Ovisno o tipu sti-jene, modul elastinosti varira od 1 do vie od 100 GPa [1].

Modul elastinosti moe se ispitivati u jednoosnom ili troosnom stanju naprezanja u uvjetima kontinuiranog prirasta sile ili kontinuiranog prirasta pomaka. Labora-torijski pokusi provode se na uzorcima stijene izrazito malog obujma koji su homogeni i sadre vrlo malo dis-kontinuiteta odnosno mikropukotina. Laboratorijska ispitivanja na uzorcima jezgre ne odgovaraju ponaanju stijenske mase veeg obujma. Zbog malih dimenzija uzorak se ponaa kao intaktna stijena i zbog toga daje znatno vee vrijednosti modula elastinosti od modula dobivenih terenskim ispitivanjima [2]. Farmer i Kemeny [3] su pokazali da su laboratorijski moduli elastinosti 5 do 20 puta vei od modula dobivenih terenskim ispitiva-njima. Zbog malog obujma uzoraka laboratorijskih ispitivanja ne mogu se izravno primjenjivati u proraunima defor-macija geotehnikih konstrukcija izvedenih u stijenskoj masi.

3 Terenska ispitivanja

Terenska se ispitivanja zasnivaju na optereivanju odre-enog obujma stijenske mase te mjerenju deformacija izazvanih poznatim naprezanjem. Metode terenskih ispi-tivanja obuhvaaju razliite obujmove stijenske mase

koji su u veini sluajeva znaajno vei od laboratorij-skih uzoraka i kao takvi mogu prikazati ponaanje sti-jenske mase.

Meunarodno drutvo za mehaniku stijena (ISRM) pre-poruuje sljedea terenska ispitivanja stijenske mase: pokus optereenja ploom, pokus radijalnog opteree-nja, ispitivanja velikim tlanim jastucima te ispitivanje fleksibilnim i krutim dilatometrom.

Pokus optereenja ploom zahvaa obujam stijenske mase oko 2 m3 [4]. Zasniva se na odreivanju modula deformacija mjerenjem pomaka stijenske mase izazva-nih optereivanjem fleksibilnom ili krutom krunom ploom odgovarajueg promjera. Za potrebe temeljenja tlo se optereuje ploom na povrini terena. Za projek-tiranje podzemnih graevina kod kojih je potrebno poz-navanje krutosti na velikim dubinama pokus se izvodi u probnim tunelima ili galerijama. Pokus optereenja plo-om, zbog poremeenosti stijenske mase i pretpostavke o linearno-elastinom ponaanju stijenske mase pri inter-pretaciji modula, esto daje dvojbene rezultate. Boyle [5] istie da se esto dobivaju moduli deformacije neko-liko puta vei od modula intaktne stijene iz laboratorij-skih pokusa to je fizikalno nemogue. Rocha i Silva [6] su ispitivanjem velikog broja pokusa optereenja ploom u probnom tunelu pokazali da su za ploe koje se nalaze na razmaku manjem od 3 m dale rezultate koji se u 30 % sluajeva vie do dvostruko razlikuju.

Pokus radijalnog optereenja potencijalno je najpouzda-nija metoda. Zahvaa obujam od oko 1000 m3 [4]. Zas-niva se na odreivanju modula deformacija mjerenjem pomaka stijenske mase izazvanih radijalnim optereiva-njem stijenske mase hidraulikim preama ili tlakom vode. Primjenjuje se za potrebe temeljenja velikih brana i drugih tekih graevina u ispitnim komorama velikog polumjera ili u poetnim dionicama tunela, gdje se onda ispitivanja izvode u mjerilu 1:1. Oberty, Coffi i Rossi [7] smatraju da se svi drugi pokusi trebaju evaluirati u odnosu na pokus radijalnim optereenjem. Glavni nedo-statak ovog pokusa jest visoka cijena i trajanje ispitiva-nja zbog ega se danas rijetko izvodi.

Ispitivanje velikim tlanim jastucima zahvaa obujam od oko 10 m3 [4] . Zasniva se na odreivanju modula deformacije mjerenjem pomaka stijenske mase izazva-nih poveanjem tlaka u velikim hidraulikim jastucima umetnutima u prethodno izraen prorez u stijenskoj ma-si. Primjenjuje se kod svih znaajnijih geotehnikih kon-strukcija koje se izvode u stijenskoj masi. Daje relativno pouzdane rezultate no sloenost, cijena i trajanje ispiti-vanja u posljednje su vrijeme znatno smanjili njegovu primjenu [8]. Ispitivanja fleksibilnim i krutim dilatometrom zahvaaju volumen od oko 0,1 m3 [4]. Zasnivaju se na mjerenju

M. Saa Kovaevi, D. Juri Kauni, R. Simovi Modul deformacije stijena

GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41 37

promjene radijusa buotine izazvanog radijalnim irenjem dilatometarske sonde postavljene na odreenoj dubini. Prednost dilatometarskih ispitivanja jest da se relativno brzo moe provesti vie ispitivanja unutar jedne buotine i time dobiti raspodjela deformacijskih karakteristika stijenske mase po dubini. Zbog iznimno malog obujma stijenske mase koji zahvaaju ovi pokusi nikako ne mogu predstavljati stijensku masu to bitno umanjuje znaaj i iskoristivost ovog pokusa [9].

Terenska su ispitivanja veoma skupa i vremenski vrlo zahtjevna, a zbog pretpostavki na kojima se temelje in-terpretacije rezultata, pouzdanost terenskih ispitivanja esto je vrlo upitna [8]. Problematina je i usporedba rezultata ispitivanja razliitim metodama. Bieniawski [10] je pokazao da krutost kvalitetne i relativno uniformne stijenske mase uvelike ovisi o metodi ispitivanja. Dobio je da devijacija modula elastinosti iznosi 25% odnosno 10 GPa za prosjeni modul od 40 GPa. Pinto da Cunga i Muralha [11] pokazali su usporedbu dobivenih modula deformacije u laboratoriju i terenskih ispitivanja dilato-metrom i velikim tlanim jastucima. Zakljuili su da is-pitivanja koja zahvaaju vei obujam stijenske mase da-ju manje module deformacije i manje rasipanje rezultata.

Clerici [12] je zakljuio da terenskim ispitivanjima ne treba biti cilj odreivanje apsolutne vrijednosti modula, ve rasponi u kojem se oni kreu.

4 Odreivanje modula deformacije pomou klasifikacija stijenske mase

Terenska ispitivanja stijenske mase zahtijevaju veliki utroak vremena i sredstava pa je izrada programa teren-skih ispitivanja, posebice za velike graevine, vrlo teak i sloen zadatak.

Ideju da se klasifikacije, kao kvantitativni pokazatelj inenjersko-geolokih svojstava stijenske mase u cjelini, rabe pri odreivanju karakteristika krutosti stijenske ma-se dao je Bieniawski [2] radi najpovoljnijega odreiva-nja broja, pozicija i tipa terenskih ispitivanja modula deformacija. Sugerirao je da se pomou klasifikacija odredi oekivani modul unutar tonosti od 20 %, a da se onda na temelju njega izrauje program terenskih ispiti-vanja.

Koncept koji je predloio Bieniawski [2], da se modul deformacije odreuje uspostavljenim korelacijskim ve-zama s rezultatima klasificiranja stijenske mase, prihva-en je u znanstvenim krugovima i inenjerskoj praksi kao standard za odreivanje krutosti i bez provoenja terenskih ispitivanja [8].

Najvie se rabe klasifikacije RQD [13], Q [14], RMi [15], RMR [10] i GSI [16]. S obzirom na to da se svi parametri klasifikacije ne mogu jednoznano izmjeriti

ili procijeniti za vei obujam stijenske mase, jasno je da e odreivanje krutosti odnosno parametara za proraun preko klasifikacija, u velikom broju sluajeva, biti opte-reeno znatnom razinom nepouzdanosti [17].

4.1 RQD klasifikacije RQD index (Rock Quality Designation) kao klasifika-cijski sustav razvili su Deere i dr. [13].

Prva znaajnija istraivanja povezanosti RQD i modula deformacija proveli su Coon i Merritt [18] na temelju baze podataka od 54 terenska ispitivanja modula defor-macija pri izvedbi nekoliko brana u SAD-u. Dodali su i rezultate terenskih ispitivanja na brani Dworshak koje su objavili Deere i dr. [13]. Ukljuili su sekantni modul elastinosti intaktnog uzorka (Er) i uspostavili linearnu vezu :

1,32)-RQD0231,0(rm EE = . (1) Zhang i Einstein H. H. [19] proirili su bazu podataka koju su rabili Coon i Merrit [18] s bazama podataka ko-je su publicirali Bieniawski [10] te Ebisu i dr. [20]. Ta-ko formirana baza podataka pokazuje izrazito nelinear-nu povezanost RQD i modula deformacije.

Predloili su redukciju sekantnog modula elastinosti intaktne stijene (Er):

1,91-RQD0186,010rm EE = . (2) Kayabasi, Gokceoglu i Ercanoglu [21] uoili su da za odreivanje modula deformacije stijenske mase nije do-voljno koristiti se samo RQD indeksom. Zakljuili su da u redukciju modula elastinosti intaktne stijene treba ukljuiti tronost stijenki diskontinuiteta (WD) koja se standardno odreuje u RMR klasifikaciji. Kao bazu po-dataka rabili su rezultate 57 terenskih ispitivanja modula deformacije stijenske mase na dvije brane u Turskoj. Predloili su redukciju modula elastinosti intaktne stijene (Ei):

( ) 1811,1WD

RQD01,01135,0

+= im EE . (3)

Gokceoglu, Sonmez i Kayabasi [22] u redukciju modula elastinosti intaktne stijene, osim tronosti stijenki dis-kontinuiteta (WD), ukljuili su i jednoosnu tlanu vrstou intaktnog uzorka. Proiliri su bazu podataka, primijenje-nu u izrazu (3), sa 58 terenskih ispitivanja modula de-formacija stijenske mase na jednoj hidroelektrani u Tur-skoj. Predloili su redukciju modula elastinosti intakt-ne stijene (Ei):

( ) 5528,1WD

RQD01,01/001,0

+= ciim EE . (4)


38 GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41

4.2 Q klasifikacija

Klasifikacijski sustav Q (Rock Tunneling Quality Index) razvili su Barton, Lien i Lunde [14].

Prva istraivanja odreivanja modula deformacije na osnovi rezultata Q klasifikacije proveli su Barton i dr. [23], Barton i dr. [24] te Grimstad i Barton [25] koriste-i se rezultatima izmjerenih deformacija i povratne nu-merike analize na velikom broju izvedenih podzemnih iskopa u Norvekoj primjenjujui izraz:

Qlog25=mE . (5) U rezultate navedenih istraivanja bile su ukljuene sa-mo vrste stijene te nisu uzeti u obzir dubina i poetno stanje naprezanja. Nakon to su ukljuene slabije i porozne stijenske mase te laboratorijska ispitivanja jednoosne tlane vrstoe intaktne stijene, predloio je Barton [26] novi izraz koji se znatno bolje uklapao i u vlastita istra-ivanja tako i u prethodno provedena istraivanja Bieni-awskog [2] te Serafima i Pereire [27]:

( )31cQ10=mE , (6) gdje je:

100Qc ci

= , ci jednoosna tlana vrstoa intaktne stijene u MPa.

4.3 RMi klasifikaciju Klasifikacijski RMi sustav (Rock Mass index) razvio je Palmstrom [15].

Vezu izmeu modula deformacije stijenske mase i RMi >1 teoretski je izveo Palmstrom [15] povezivanjem parame-tara RMi i RMR klasifikacije te koristei se izrazom Bieniawskog [2]:

375,0RMi6,5=mE . (7) Znaajnije istraivanje proveli su Palmstrom i Singh [28] na temelju baze podataka od 42 terenska ispitivanja mo-dula deformacije pri izvedbi 8 hidroelektrana u Indiji, Nepalu i Bhutanu. Ukljuili su bazu podataka i rezultate ispitivanja koje su objavili Clerici [12] te Thorpe i dr. [29]. Ustanovili su da izraz (7) daje premale vrijednosti modula deformacije i da ga je nuno korigirati za vee vrijednosti RMi. Predloili su da se izraz (7) primjenjuje se za 0,1 < RMi < 1, dok su za 1 < RMi < 30 predloili izraz:

5,0RMi7=mE (8) a za RMi > 30 izraz:

4,0RMi7=mE . (9)

4.4 RMR klasifikacija

Klasifikacijski sustav RMR (Rock Mass Rating System) ili Geomehaniku klasifikaciju razvio je Bieniawski [10].

Prva istraivanja odreivanja modula deformacije na os-novi rezultata RMR klasifikacije proveo je Bieniawski [2] stavljajui u korelacijski odnos rezultate terenskih ispitivanja modula deformacije i rezultate RMR klasifi-kacije pri provedbi istranih radova za tri velika hidro-tehnika projekta u Junoj Africi, unutar kojih je bilo potrebno, izmeu ostalog, izvesti 90 m visoku branu, 80 km dug tunel, 500 km dug spremnik i dvije crpne stanice snage 1000 MW. Uspostavio je linearnu vezu izmeu rezultata RMR klasifikacije i modula deforma-cije u GPa:

100RMR2 =mE . (10) Serafim i Pereira [27] proirili su bazu podataka kojom se koristio Bieniawski sa modulima deformacije dobive-nim na temelju opaanih slijeganja i povratnih numeri-kih analiza nekoliko velikih brana u Portugalu. Dobili su nelinearnu vezu izmeu rezultata RMR klasifikacije i modula deformacije u GPa:

4010RMR

10

=mE . (11) Izrazi koje su predloili Bieniwaski [2] te Serafim i Pe-reira [27] u znanstvenoj su i strunoj literaturi najcitira-nije, a u projektantskoj praksi najee primjenjivane ovisnosti modula deformacije o rezultatima RMR klasi-fikacije.

Istom bazom podataka koristili su se Nicholson i Bieni-awski [30]. Postavili su izraz:

RF= im EE , (12) gdje je: Em modul deformacije stijenske mase, Ei modul elastinosti intaktne stijene iz pokusa jedno-

osnog tlaka i RF faktor redukcije usporediv s rezultatima terenskih

istranih radova.

Faktor redukcije RF dobiven je uspostavom nelinearne korelacijske veze s rezultatima RMR klasifikacije iz postojee baze podataka, uz pretpostavku da je RF = 1 za RMR = 100, RF = 0 za RMR = 0 te da oblik krivulje faktora redukcije s porastom RMR slijedi oblik promje-ne modula deformacije dobivenog terenskim istranim radovima:

22,82RMR

2 9,0RMR028,0100

eEiEm += . (13)


GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41 39

Mitri, Edrissi i Hennig [31], analizirajui podzemne is-kope u rudnicima u Kanadi, predloili su takoer reduk-ciju modula deformacije intaktne stijene: [ ])))100/RMR(cos(1(5,0 = im EE , (14) dok su Read, Richards i Perrin [32] na osnovi izmjerenih rezultata ponaanja grauvaka u Novom Zelandu predloili izraz:

.10

RMR1,03

=mE (15) Najvee istraivanje na podruju primjene RMR klasifi-kacije za odreivanje modula deformacije stijenske ma-se do sada proveli su Galera, Alvarez i Bieniawski [33] na bazi od vie 700 rezultata terenskih mjerenja modula deformacije, a ukljuili su i podatke koje su objavili Bieniawski [2] te Serafim i Pereira [27]. Izraz (11) koji su predloili Serafim i Pereira [27] poboljan je novim izrazom koji za 10 % daje bolju procjenu modula defor-macije:

.1810RMR

= eEm (16)

4.5 GSI klasifikacija Geoloki indeks vrstoe (GSI) razvio je Hoek [16]. GSI klasifikaciju su za potrebe odreivanja modula de-formacije prvi put uveli Hoek i Brown [34]. Na osnovi rezultata mjerenja i povratnih numerikih analiza zak-ljuili su da izraz Serafima i Pereire [27] dobro opisuje krutost za kvalitetnije stijenske mase, ali daje prevelike vrijednosti za slabije stijenske mase. Korigirali su njihov izraz zamjenjujui RMR sa GSI te uvodei redukciju modula deformacije za stijene kod kojih je jednoosna tlana vstoa ci < 100 MPa:

4010GSI

10100

= cimE (17)

Hoek, Carranza-Torres i Corkum [35] predlau modifi-cirani izraz (17) uzimajui u obzir poremeenost stijen-ske mase izazvanu miniranjem ili relaksacijom stijenske mase zbog iskopa za ci < 100 MPa:

4010GSI

101002

1

= cim DE , (18) gdje je D faktor poremeenosti koji ovisi o stupnju po-remeenosti stijenske mase zbog oteenja nastalih mi-niranjem i relaksacijom. Vrijednost D varira od 0 za neporemeenu stijensku masu in situ do 1 za znatno po-remeenu stijensku masu.

Sonmez, Gokceoglu i Ulusay [36] na bazi od 115 rezul-tata terenskih ispitivanja modula deformacije na brana-ma i hidroelektranama u Turskoj predloili su izraz:

( ) 4,0aim sEE = , (19) gdje su s i a konstante koje su dali Hoek, Carranza-Torres i Corkum [35].

Najvee su istraivanje na podruju primjene GSI-a za odreivanje modula deformacije stijenske mase do sada proveli Hoek i Diederich [8] na bazi od oko 500 rezulta-ta terenskih mjerenja modula deformacije.

Dobili su sljedei izraz za Em (MPa):

.1

2/1000.100 GSI)/11)2575((

+= + Dm e

DE (20)

U izraz (20) nije ukljuen modul elastinosti intaktnog uzorka (Ei). Da bi to prevladali napravili su analizu uk-ljuivi samo one rezultate za koje su imali Ei i predlo-ili sljedei izraz:

.1

2/1GSI)/11)1560((

+= + Dim e

DEE (21)

5 Primjenjivost klasifikacija za odreivanje modula deformacije karbonatnih stijena u hrvatskom kru

Krki je teren uglavnom pokriven vapnencem i dolomi-tom ija je topografija preteno oblikovana od topljivih stijena. Kr je rezultat prirodnih procesa na zemlji i u kori Zemlje uzrokovan otapanjem i ispiranjem vapnen-ca, dolomita, gipsa, halita i drugih topljivih stijena [37].

Karbonatne stijene, za koje su najee vezani krki pros-tori prostiru se na oko 30 milijuna km2 ili na priblino 20 % ukupnog svjetskog kopna [38]. Hrvatska krka podruja pripadaju tipu kra umjerenih irina (Dinaridi, Alpe, Pireneji, Apalachian gorje, gorja Australije itd.) koja se istiu debelim (i do 8 km) karbonatnim mezo-zojskim i paleogenskim sedimentima, to uz naglaenu tektonsku razlomljenost utjee na podjednaku zastuplje-nost horizontalnih i vertikalnih oblika (speleolokih ob-jekata).

U Hrvatskoj se kr prua od Slovenije na sjeverozapadu do Crne Gore na jugoistoku, dok mu sjeverna granica ide juno od Karlovca prema istoku gdje prelazi u Bos-nu i Hercegovinu (slika 1.). Lonar i Garai [39] navo-de da "klasini kr" zauzima vie od polovice povrine (54 %) Hrvatske ili vie 70 % ako se uzme u obzir i hr-vatsko jadransko podmorje u kojem prevladavaju karbo-natne stijene podlone okravanju. Zbrajanjem kopnenih i podmorskih krkih povrina proizlazi da Hrvatska ima


40 GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41

39.500 km2 kra ili 56 % od ukupnih povrina (70.400 km2) Dinarskoga krkog sustava u cjelini.

U Hrvatskoj su u posljednjih 15 godina provedena vrlo intenzivna mjerenja na svim vanijim geotehnikim za-hvatima izvedenima u kru Hrvatske. Steena su iznim-no velika iskustva i stvorena je znaajna baza podataka nuna za stjecanje novih spoznaja o krutosti karbonatnih stijena u kru Hrvatske. U gotovo svim zahvatima karak-teristike krutosti stijenske mase odreivale su se na te-melju korelacija modula deformacije i rezultata klasifi-ciranja stijenske mase. Najvie su rabljene korelacije sa RMR klasifikcijom koje su predloili Bieniawski [2] te Serafim i Pereira [27].

Geotehnika mjerenja koja su provedena za vrijeme in-enjerskih zahvata izvedenih u kru pokazala su da su izmjerene deformacije znatno vee od onih dobivenih proraunima preko navedenih korelacija [40]. Pokuaj da se rabe noviji izrazi koji se koriste GSI klasifikaci-jom, a koje su predloili Hoek i Brown [34] te Hoek, Carranza-Torres i Corkum [35], nisu pridonijeli znaaj-nijem pribliavanju prognoziranih i izmjerenih deforma-cija [41].

6 Zakljuak Krutost stijenske mase moe se odrediti iz modula de-formacije koji se dobiva laboratorijskim ispitivanjima,

terenskim ispitivanjima te na temelju rezultata klasifici-ranja stijenske mase. Laboratorijski pokusi provode se na uzorcima stijene izrazito malog obujma, ne prikazuju ponaanje stijenske mase veeg obujma, pa se rezultati laboratorijskih ispi-tivanja ne mogu izravno primjenjivati u proraunima deformacija geotehnikih konstrukcija izvedenih u sti-jenskoj masi.

Terenska ispitivanja stijenske mase zahvaaju, u veini sluajeva, znatno vei obujam stijenske mase od labora-torijskih i neka od njih mogu prikazivati ponaanje sti-jenske mase. Pokus radijalnog optereenja izveden u mjerilu 1:1 u tunelima koji se kopaju potencijalno je najpouzdanija metoda za odreivanje modula deforma-cije stijenske mase. No ta ispitivanja su veoma skupa i vremenski vrlo zahtjevna.

Korelacijska veza izmeu modula deformacije i klasifi-kacija moe se uspostaviti koristei se rezultatima teren-skih ispitivanja ili pomou povratnih prorauna na temelju rezultata mjerenja deformacija geotehnikih konstrukci-ja izvedenih u stijenskoj masi. Brojne graevine irom svijeta, projektirane odreivanjem krutosti pomou kla-sifikacija stijenske mase, pokazale su manje deformacije od prognoziranih. S vremenom je postalo jasno da sama klasifikacija nije dovoljna, ve da u izraze za odreiva-nje modula deformacije treba ukljuiti i neke dodatne parametre. Do sada su popravljani odnosno korigirani uvoenjem dodatnih parametara kao to su: laboratorij-ski modul elastinosti intaktne stijene [8], [19], [21], [30], [31], [33], [36] i jednoosna tlana vrstoa [22], [26], [34] i [35], stupanj poremeenosti stijenske mase zbog oteenja nastalih radovima u stijeni i relaksacijom [8] i [35] te tronost stijenki diskontinuiteta [21] i [22].

U svim inenjerskim zahvatima krutost karbonatnih sti-jena u hrvatskom kru odreivala se preko publiciranih korelacija modula deformacije i rezultata klasificiranja stijenske mase. Najvie su rabljene korelacije sa RMR i GSI klasifikacijama. Intenzivna geotehnika mjerenja za izvedbe sloenih inenjerskih zahvata u hrvatskom kru pokazala su da su izmjerene deformacije znatno vee od onih dobivenih proraunima u kojima su parametri do-biveni preko postojeih veza s klasifikacijama stijenske mase te da su izmjereni oblici deformacija po dubini znatno razliiti od proraunanih odnosno projektom oekivanih. Ta su mjerenja omoguila razvoj novog pristupa odreivanju krutosti karbonatnih stijena u hrvatskom kru [42].

LITERATURA

[1] Hudson, J. A.: Rock Mechanics Principles in Engineering Practice, CIRIA Ground Engineering Report: Underground Construction, London (1989) 72 p.

[2] Bieniawski, Z. T.: Determining rock mass deformability: experience from case histories, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr (1978) 15:23747.

Slika 1. Rairenost kra u Hrvatskoj


GRAEVINAR 63 (2011) 1, 35-41 41

[3] Farmer, I. W.; Kemeny, J. M.: Deficiencies in rock test data, Proc. Int. Conf. Eurock, Thomas Telford, London (1992) pp. 298-303.

[4] He, J.: A case review of the deformation modulus of rock mass. Scale effect, Int. Workshop on Scale Effects in Rock Masses, Lisbon. Ed. Balkema (1993) 87-91.

[5] Boyle, W.J.: Interpretation of plate load test data, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. (1992) Vol. 29. No. 2, pp. 133-141.

[6] Rocha M.; Da Silva J.N.: A new method for the determination of deformability of rock masses, In: Proceedings of the Second Congress on Rock Mechanics. International Society for Rock Mechanics, Belgrade (1970) paper 221.

[7] Oberti G.; Coffi L.; Rossi P.P.: Study of stratified rock masses by means of large scale tests with an hydraulic pressure chamber, In: Proceedings of the fifth ISRM congress, Melbourne (1983) p. A13341.

[8] Hoek, E.; Diederich, M.S.: Empirical estimation of rock mass modulus, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. (2006) 43, 203-215.

[9] Panek, L.A.: Effect of rock fracturing on the modulus determined by borehole dilation tests, In: Proceedings of the Second Congress on Rock Mechanics. International Society for Rock Mechanics, Belgrade (1970) paper 216.

[10] Bieniawski, Z.T.: Engineering Rock Mass Classification, New York: John Wiley & Sons (1989) 251 p.

[11] Pinto de Cunha A.; Muralha J.: About LNEC experience on scale effects in the deformability of rock masses. Int Workshop on Scale Effects in Rock Masses, Loen. Ed. Balkema (1990) 219-229.

[12] Clerici, A.: Indirect determination of the modulus of deformation of rock masses-case histories. Proc. Conf. Eurock (1993) pp. 509-517.

[13] Deere, D.U.; Hendron, A.J. Jr.; Patton, F.D.; Cording, E.J.: Design of Surfacend Near Surface Construction in Rock, In: Failure and Breakage of Rock, C. Fairhurst Ed. Society of Mining Engineers of AIME, New York (1967) pp. 237-302.

[14] Barton, N.; Lien, R.; Lunde, J.: Engineering Classification of Rock Masses for the Design of Tunnel Support, Rock Mech. (1974) Vol. 6, (4), pp. 189-239.

[15] Palmstrom, A.: RMiA Rock Mass Charaterization System for Rock Engineering Purposes, Ph. D. Thesis, University of Oslo, Norway (1995) 400 p.

[16] Hoek, E.: Strength of rock and rock masses. ISRM News journal, International society for rock mechanics, Lisboa (1994) 2/2, 4-16.

[17] Kovaevi, M. S.; Arapov, I.; Luo, P.; Kueliki, R.: Povratne numerike analize u tunelu Peine, 4. Savjetovanje HGD-a Ojaanje tla i stijena, 05-07 listopad , Opatija, Hrvatska (2006) pp. 143-152.

[18] Coon R. F.; Merritt A.H.: Predicting in situ modulus of deformation using rock quality indices. In: Determination of the In Situ Modulus of Deformation of Rock, ASTM STP 477, Philadelphia (1970) p. 15473.

[19] Zhang, L.; Einstein, H. H.: Using RQD to estimate the deformation modulus of rock masses, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. (2004) Vol. 41, pp. 337-341.

[20] Ebisu, S.; Aydan, O.; Komura, S.; Kawamoto, T.: Comparative study on various rock mass characterization methods for surface structures. In: Proceedings of the Eurock92. London: Thomas Telford (1992) p. 2038.

[21] Kayabasi A.; Gokceoglu C.; Ercanoglu M.: Estimating the deformation modulus of rock masses: a comparative study. Int J Rock Mech Min Sci (2003) 40:5563.

[22] Gokceoglu C.; Sonmez, H.; Kayabasi A.: Predicting the deformation moduli of rock masses, Int J Rock Mech Min Sci (2003) 40:701710.

[23] Barton, N.; Lset, F.; Lien, R.; Lunde, J.: Application of the Q-system in design decisions. In Subsurface space (1980) 2, 553-561.

[24] Barton, N.; Chryssanthakis, L.; Tunbridge, L.; Kristiansen, J.; Lset, F.; Bhasin, R.K.; Westerdahl, H.; Vik, G.: Comparison of prediction and performance for a 62 m span sports hall in jointed gneiss. Proc. 4th. int. Rock Mechanics and Rock Engineering Conf., Torino (1992) Paper 17.

[25] Grimstad, E.; Barton, N.: Updating the Q-System for NMT. Proc. int. symp. on Sprayed Concrete - Modern Use of Wet Mix Sprayed Concrete for Underground Support, Oslo, Norwegian Concrete Assn (1993).

[26] Barton, N.: TBM Tunneling in Jointed and Faulted Rock. Rotterdam Balkema (2000).

[27] Serafim, J.L.; Pereira, J.P.: Considerations on the Geomechanical Classification of Bieniawski, Int. Symp. Engineering Geology and Underground Construction. Lisbon (1983) Theme II. Vol. 1, pp II.33 II.42.

[28] Palmstrom, A.; Singh, R.: The Deformation Modulus of Rock Masses Comparasions between In Situ Tests and Indirect Estimates, Tunnelling and Underground Space Technology (2001) Vol. 16, pp. 115-131.

[29] Thorpe, R.; Watkins, D.J.; Ralph, W.E.; Hsu, R.; Flexser, S.: Strength and permeability tests on ultra-large Stripa granite core. Technical Information Report No. 31. Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, Berkeley, CA 94720 (1980) p. 211.

[30] Nicholson, G.A.; Bieniawski, Z.T.: A nonlinear deformation modulus based on rock mass classification. Int J Min Geol Eng (1990) 8: 181202.

[31] Mitri, H.S.; Edrissi, R.; Henning, J.: Finite element modelling of cable bolted slopes in hard rock ground mines. Presented at the SME Annual Meeting. Albuquerque: New Mexico (1994) p. 94116.

[32] Read, S.A.L.; Richards, L.R.; Perrin, N.D.: Applicability of the Hoek-Brown Failure Criterion to New Zealand Greywacke Rocks, Proceeding 9th International Society for Rock Mechanics Congress, Paris (1999) Vol. 2, pp. 655-660.

[33] Galera, J.M.; lvarez, M.; Bieniawski, Z.T.: Evaluation of the deformation modulus of rock masses: comparison of pressuremeter and dilatometer tests with RMR prediction, ISP5-PRESSIO International Symposium, Paris (2005).

[34] Hoek, E.; Brown, T.: Practical Estimates of Rock Mass Strength. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. (1997) 34, 8, 1165-1186.

[35] Hoek, E.; Carranza-Torres, C.T.; Corkum, B.: Hoek-Brown failure criterion-2002 edition. In: Proceedings of the Fifth North American Rock Mechanics Symposium, Toronto, Canada (2002) vol. 1, p. 26773.

[36] Sonmez, H; Gokceoglu, C.; Ulusay, R.: Indirect determination of the modulus of deformation of rock masses based on the GSI system. Int J Rock Mech Min Sci (2004) 1:84957.

[37] Field, M.S.: A lexicon of cave and karst terminology with special reference to environmental karst hydrology. USEPA, Washington (1999).

[38] Luki, A.: Rairenost kra u Hrvatskoj. (2006) www.geografija.hr.

[39] Lonar, N.; Garai, M.: Osnovna obiljeja krkog reljefa - nedovoljno istraeno i zatieno bogatstvo, Okoli, Glasilo Ministarstva zatite okolia i prostornog ureenja, Zagreb (2002.) str. 33.

[41] Arbanas, .; Kovaevi, M.S.; Szavits-Nossan, V.: Influence of Rock Bolt Behaviour on Deep Excavations in Urban Environments, XIV European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 24-27 September 2007., Madrid, Spain (2007) 509-514.

[40] Arbanas, .: Predvianje ponaanja ojaane stijenske mase analizama rezultata mjerenja izvedenih graevina, Doktorski rad, Graevinski fakultet Sveuilita u Zagrebu (2004) 272 p.

[42] Juri-Kauni D.: Krutost karbonatnih stijena u kru Hrvatske, Doktorski rad, Graevinski fakultet Sveuilita u Zagrebu (2009) 235 p.

Documents

modul deformacije