SADRŽAJ - gfv.unizg.hr · metode, no prema na činu mjerenja i obradi podataka ova metoda vrlo je sli čna seizmi čkoj refleksiji. Rad georadara zasniva se na odašiljanju kratkog

SADRŽAJ:

1. UVOD ................................................................................................................................... 1

2. KARBONATNE STIJENE ........................................................................................... 2

2.1. DOLOMITI I VAPNENCI ...................................................................................... 2

2.2. LAPORI I MARLITI ............................................................................................... 3

2.3. BREČE, KONGLOMERATI I KALKLITITI ........................................................ 3

2.4. KARBONATI .......................................................................................................... 4

2.5. KRŠ ........................................................................................................................... 5

3. GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA ................................................................................. 7

3.1. GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA U KARBONATIMA ........................................ 8

3.2. METODA GEORADARA ...................................................................................... 8

3.3. SEIZMIČKA REFRAKCIJA ................................................................................ 10

3.4. MASW .................................................................................................................... 12

4. GEOTEHNIČKE ZNAČAJKE STIJENSKE MASE ................................................. 14

5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE ......................................................................... 18

5.1. PRORAČUN STABILNOSTI KOSINE PREMA BISHOP-u ........................................... 25

6. ZAKLJUČAK ..................................................................................................................... 30

LITERATURA: .......................................................................................................................... 31

GRAFIČKI PRILOZI ................................................................................................................. 32

SAŽETAK .................................................................................................................................. 33

KLJUČNE RIJEČI ...................................................................................................................... 34

Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama

Petra Kereži

1. UVOD

Karbonatne stijene (vapnenci i dolomiti) izgrađuju većinu hrvatskog jadranskog

i dinarskog područja, kao i veliki prostor sjeverozapadne Hrvatske. Upravo zato

istraživanja koja se provode na tim prostorima interesantna su istraživačima različitih

disciplina. Same stijene mogu biti promatrane od strane geologa, kako bi dobili neke

geološke, prirodoslovne značajke, dok će nam inženjer dati podatke o geološkom

sastavu i građi terena da bi mogli riješiti neki konkretan istraživački zadatak.

U ovom radu prezentiran je kratki pregled podjele karbonatnih stijena, minerala

koji ih izgrađuju, te termin krškog fenomena koji čini 52% teritorija Republike

Hrvatske. Nakon toga govori se o geofizici, tj njezinim metodama i načinu istraživanja s

naglaskom na primjeni istraživanja u karbonatima. Posebno su opisane metode

georadara, seizmičke rafrakcije i relativno nova seizmička metoda u primjeni –

višekanalna analiza površinskih valova (MASW), koja ima prednosti pri utvrđivanju

raspodjele brzine posmičnih valova u odnosu na metodu seizmičke refrakcije.

U četvrtom poglavlju dati je uvid u geotehničke značajke stijenske mase kako se

uz terenske geofizičke istražne radove na mjestu zahvata, mogu sprovesti i razni pokusi

na uzorkovanim uzorcima. Opisano je izvođenje pokusa sa Schmidtovim čekićem,

mogućnost korelacije između dobivenog rezultata Schmitovim čekićem i Youngovog

modula, te neke od mogućnosti primjene programskog paketa RockLab.

Posljednje poglavlje sastoji se od primjera analize stabilnosti kosina. Time sam

željela pokazati jednu od mogućih funkcija geofizičkih istraživanja, tj. čemu mogu

poslužiti rezultati geofizičkih istraživanja.


Petra Kereži

2. KARBONATNE STIJENE

Karbonatnim stijenama nazivamo one stijene koje sadrže više od 50%

karbonatnih minerala. U karbonatne stijene ubrajamo dolomite, dolomitične vapnence i

vapnence koje prema postanku pripadaju kemijskim i biokemijskim sedimentnim

stijenama. U karbonatne stijene prema prevladavajućem karbonatnom sastavu također

ubrajamo i dolomitne, vapnenačke i vapnenačko-dolomitne breče i konglomerate,

vapnenačke pješčenjake ili kalklitite te lapore, marlite ili lapornjake, iako prema

podrijetlu breče, konglomerati i kalkiti pripadaju klastičnim, a lapori i marliti

mješovitim sedimentnim stijenama [1].

2.1. DOLOMITI I VAPNENCI

Dolomiti se sastoje od minerala dolomita, dolomitični vapnenci od kalcita i

dolomita, a vapnenci od karbonatnih minerala: kalcita, magnezijeva kalcita, ponekad i

aragonita. U sastavu karbonatnih stijena može postojati različiti udio siliciklastičnog

materijala tj. primjesa kao što su glina, pijesak i prah (silt) te nekarbonatne minerale –

kvarc, opal, anhidrit, gips, albit.

Vapnenci (Slika 1.) su stijene organskog i anorganskog postanka, topljive u

razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini (HCl). U svojoj građi mogu imati karbonatni mulj ili

mikrit, vapnenačke fragmente, pelate – fekalni otpad organizama, fosile i njihove

ostatke, te sparit – kalcitni cement nastao taloženjem iz vodene otopine.

Dolomiti (Slika 2.) se od vapnenaca razlikuju slabom topljivošću u

klorovodičnoj kiselini, ali i većom tvrdoćom i gustoćom. Dolomiti ne nastaju

biokemijskim procesima, kao ni izravnim izlučivanjem iz morske vode, nego su to

redovito sekundarni minerali nastali procesom dolomitizacije u dvije faze:

potiskivanjem CaCO3 u vapnenačkim muljevima – ranogenetska dolomitzacija ili

kasnogenetskom dolomitizacijom - iz već očvrsnutih vapnenaca.


Petra Kereži

Slika 1. Vapnenac Slika 2. Dolomit

2.2. LAPORI I MARLITI

Lapori (Slika 3.) su miješano klastične-kemogene pelitne stijene nastale

taloženjem glinovitih čestica klastičnog porijekla i kemogeno izlučenog kalcita koji

povezuje čestice gline. Litificirani lapor nazvan lapornjak ili marlit je stijena koja po

svom sastavu odgovara laporu, ali je nakon dijagenetskih procesa na većim dubinama

došlo do transformacije tipičnih minerala gline u ilit, muskovit i klorit. Lapori se inače

koriste kao sirovina za proizvodnju cementa.

Slika 3. Lapor

2.3. BREČE, KONGLOMERATI I KALKLITITI

Breče (Slika 4.) nastaju cementacijom kršja. Sastavljene su od nesortiranih

uglatih fragmenata najčešće povezanih kvarcitnim, kalcitnim te limonitnim cementom.

Konglomerati (Slika 5.) nastaju sedimentacijom šljunka dok su sastavom i vezivom

slični brečama. Kalklititi ili vapnenački pješčenjaci prema postanku sastavljeni su od

klasta vapnenaca pješčanih dimenzija (0,063-2 mm).


Petra Kereži

Slika 4. Breča Slika 5. Konglomerat

2.4. KARBONATI

Karbonatni su soli karbonatne ili ugljične kiseline (H2CO3). U anionu −23CO

postoji kovalentna veza, dok je između kationa i aniona ionska veza. Na mjesto kationa

mogu doći: Ca, Mg, Fe, Mn, Be, Cu, Pb i Zn. Najčešći minerali koji grade dolomite,

dolomitične vapnence i vapnence su dolomit, kalciti, magnezit i aragonit.

Dolomit je mineral izgrađen od kalcijsko-magnezijskog karbonata CaMg(CO3)2,

kristalizira u heksagonskom susatvu, izgrađuje dolomitne stijene ali može biti sastojak

drugih sedimentnih stijena. Tvori kristalaste i zrnate agregate koji mogu biti bezbojni ili

žučkasti. Otapa se u vrućoj razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini. Relativna trvdoća

doloimta je od 3.5 – 4.0, a gustoća 2,9 g/cm3 [2].

Kalcit je vrsta minerala građenog od kalcijevog karbonata (CaCO3), kristaliziara

u heksagonskom sustavu, tvori monomineralne stijene i sedimente – dolomite,

vapnence, vapnanačke breče, travertin, sedru te je jedan od sastojaka fliša i lapora.

Kalcit je bezbojan ili bijel. Otapa se u hladnoj razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini ( HCl

10%) , octenoj kiselini i pri tome se stvara pijena. Otapa ga karbonatna kiselina tj.

agresivne vode i tako nastaju razni krški fenomeni. Tvrdoća kalcita je 3, a gustoća 2,7

g/cm3 [3].

Magnezit (MgCO3) kristalizira u heksagonskom sustavu, čini vlasaste ili zrnaste

agregate slične porculanu. Nastaje procesom metamorfoze, odnosno metosomatozom

magnezijskih minerala – zbog djelovanja vode koja u sebi sadrži ugljični dioksid (CO2).

Tvrdoća magnezita je oko 4, a gustoća 3.0 g/cm3 [4].


Petra Kereži

Aragonit je, uz kalcit, drugi polimorfni oblik kalcijevog karbonata (CaCO3) i

kristalizira u rompskom sustavu. Inače je bezbojan, ali mu primjese daju boju. Može

nastati evaporitno, organogeno – koralji, ljušturice puževa, skeleti algi, hidratogeno i u

kori trošenja. Tvrdoća aragonita se kreće od 3.5-4.5, a gustoća oko 3/cm3 [5].

2.5. KRŠ

Termin krš ili kras (Slika 6.) nastao je u našim prostorima i općeniti je naziv za

skup geomorfoloških, hidrogeoloških i hidroloških obilježja terena koji su izgrađeni od

pretežito karbonatnih stijena – dolomita i vapnenaca – podložnih kemijskom i

erozijskom djelovanju podzemnih i površinskih voda. Tako je bitna značajka krškog

reljefa selektivna topivost stijena tj. kalcijevog karbonata (CaCO3) u vodi [6].

Slika 6. Krš: Područje Sjevernog Velebita

Krš nastaje kao rezultat zajedničkog djelovanja kemijskih procesa - koji utječu

na topljive sedimentne stijene, klime, vegetacijskih i pedoloških značajki. Kalcijev

karbonat (CaCO3) se u dodiru s vodom (H2O) i ugljičnim dioksidom (CO2) raspada na

ione kalcija (Ca2+) i ione hidrogen karbonata ( −23HCO ). Snaga korozijskog procesa,

otapanja čvrstog vapnenca, tj. kalcijevog karbonata (CaCO3), ovisi o količini otopljenog


Petra Kereži

ugljičnog dioksida (CO2) u vodi, gdje kao krajnji produkt nastaje kalcijev hidrogen

karbonat. Prisutnost korozije u kršu razlog je postojanosti mnogih šupljina, odnosno

udubina i uzvisina.

Kemijska jednadžba otapanja vapnenca:

−+ +↔++ 23

2223 2HCOCaCOOHCaCO

Reakcija krškog procesa korozije vapnenca je reverzibilan proces tj. reakcija

može teći i u obratnom smjeru i to tako da se u određenim uvjetima može ponovo

izlučivati kalcijev karbonat.

Reljefne promjene karbonatnih stijenskih masa mogu biti površinske i

podzemne. U površinske krške oblike ubrajamo: škrape, ponikve, suhe doline i uvale, i

polja u kršu, dok su osnovni podzemni oblici: špilje, jame, ponori i kaverne.


Petra Kereži

3. GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA

Geofizička istraživanja sastavni su dio gotovo svih geotehničkih, geoloških i

mnogih drugih istraživanja, a njihova svrha je otkrivanje geološkog sastava i građe

terena za rješavanje zadanog istraživačkog zadatka. U sklopu geofizičkih istraživanja

postoji niz geofizičkih metoda za opažanje fizičkih svojstava stijena, koja su povezana s

njihovim geološkim i petrološkim svojstvima. Neke od geofizičkih metoda su:

električne, elektromagnetene, seizmičke, gravimetrijske, magnetometrijske i druge

metode. Istraživanjem se najčešće promatra površinski ˝sloj˝ litosfere i to tako da se kod

geotehničkih istraživanja zahvaćaju stijene na dubini od nekoliko metara, inženjersko

geološkim i hidrogeološkim istraživanjem ide se do stotinu metara dubine, dok se kod

istraživanja ugljikovodika dubine zahvata kreću i do nekoliko kilometara. Istraživanja

dubokih struktura litosfere i Mohorovičićevog diskontinuiteta su najdublja istraživanja i

ona sežu do nekoliko desetaka kilometara, a pri tom se koristi metoda duboke

rafrakcijske i refleksijske seizmike te magnetotelurska metoda [7].

Geofizička istraživanja sastoje se od 3 faze, a to su mjerenje, obrada podataka i

njihova interpretacija. Mjerenja su fizički, ali i financijski najzahtjevniji dio istraživanja

bilo da se provode na terenu ili pak nešto rjeđe u laboratoriju. U fazi obrade podataka

dolazi do samog sređivanja onog što smo dobili u fazi mjerenja tj. provode se razni

izračuni traženih veličina, kontrola kvalitete dobivenih rezultata, njihova pohrana i na

kraju prikaz rezultata. Danas se obrada podataka sve češće radi terenski, a ne u uredima

kako bi se što više smanjilo vrijeme izvođenja istraživanja. Iz tako prikupljenih pa

naknadno obrađenih i prikazanih podataka radi se interpretacija u kojoj se nastoji što

kvalitetnije prikazati sliku o građi podzemlja.

Ovisno o geološkom modelu podzemlja izabiremo pojedinu geofizičku metodu i

započinjemo sa geofizičkim istraživanjem. Da bi definiranje geološke građe i sastava

terena bilo pouzdanije češće se primjenjuje više metoda u jednom istraživanju.


Petra Kereži

3.1. GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA U KARBONATIMA

Kod istraživanja karbonatnih stijena u istraživanju pukotinskih i rasjednih zona

vrlo učinkovitim su se pokazale elektromagnetene metode, koje se također primjenjuju

u istraživanju vode na krškim terenima. Geofizička istraživanja krških terena teža su i

zahtjevnija zbog veoma složenih geoloških odnosa. Složenošću i poteškoćama u

istraživanja doprinose površinske krške pojave zaslužne za površinske nehomogenosti.

Primjerice kod svježih, kompaktnih karbonata nailazi se na vrlo velike seizmičke

brzine i otpornosti, dok se baš suprotno kod ponikva i škarpi ispunjenih zemljom

crvenicom javljaju vrlo male seizmičke brzine i otpornosti. Da bi izbjegli pojavu

šumova u geofizičkim mjerenjima kod takovih istraživanja gdje postoji različitost u

stijenskoj masi na trošnoj površini i okršenoj unutrašnjosti stijenskih masa preporučljivo

je korištenje najmanje dvije geofizičke metode istraživanje, čime će i sami rezultati biti

reprezentativni i točniji.

3.2. METODA GEORADARA

Metode istraživanja stijena radarom koriste se tek u zadnjim desetljećima i

razvijaju se u skladu s usavršavanjem radarskih metoda. Takova činjenica primjenu

radara svrštava u jednu od najmlađih metoda istraživanja. Tek nedavno dolazi do veće

primjene metode radara u građevinarstvu i to s pojavom uređaja oznake GPR (eng.

Ground Penetrating Radar), nakon čega je izdano više publikacija početno s 1982

godinom pa je potom održano više međunarodnih konferencija na temu ˝georadar˝.

Georadar ili GPR obzirom na izvor valova svrstavamo u elektromagnetene

metode, no prema načinu mjerenja i obradi podataka ova metoda vrlo je slična

seizmičkoj refleksiji. Rad georadara zasniva se na odašiljanju kratkog

elektromagnetskog pulsa raznih frekvencija u tlo. Taj puls ili val putuje kroz medij

stijene gubi dio energije a preostali dio se reflektira natrag do prijamnika, te se mjeri

vrijeme od pobude do povratka reflektiranog pulsa. Mjerenje vremena putovanja valova

i sama obrada podataka slična je kao kod seizmičke refleksije. Brzina širenja

elektromagnetskih valova cm u tlu iznosi:


Petra Kereži

r

m

cc

ε= ,

gdje je: c - brzina elektromagnetskih valova u vakuumu, a iznosi 30 cm/ns

εr – dielektrična permeabilnost- ovisi o vrsti materijala i korištenim

frekvencijama elektromagnetskog signala. Vrijednosti se kreću

u rasponu od 1 za zrak do 81 za vodu, te oko 5-10 za stijene.

Opremu za mjerene čine dvije antene, odašiljačka i prijamna, te instrument s

prijenosnim računalom koji prima i obrađuje podatke. Pod niskofrekvencijskim radarom

podrazumijevamo radar koji radi sa skupom antenom u rasponu od 10-500 MHz, dok

se visokofrekvencijskim radarom smatra onaj čija je antena u rasponu od 500-1000

MHz. Višom frekvencijom postiže se veća rezolucija, a nižom dobijemo dublja

istraživanja. Antene se mogu postaviti okomito na smjer ili u smjeru profiliranja.

Postoje dvije metode terenskog mjerenja georadarom kojima se određuje brzina

rasprostiranja valova kroz stijene:

I. Metoda profiliranja - odašiljač i prijamnik nalaze na istoj međusobnoj

udaljenosti, najčešće 0.30 m, i pomiču se od jedno do druge točke po profilu.

Odaslani impulsi koji u mediju doživljavaju prigušenja i refleksiju obrađuju

se u prijamniku gdje se stvara kontinuirani profil električnih karakteristika

materijala. Dobivaju se refleksi od diskontinuiteta i krajnji rezultat je slika

slična onoj kod seizmičke refleksije.

II. Metoda sondiranja – odašiljač je statičan, a prijamnik se postavlja na sve

veću udaljenost od odašiljača. Rezultat je snimak sličan terenskom snimku

seizmograma kod seizmičke refleksije, gdje postoji jedna točka paljenja i

istovremeni prijam na više geofona.

Metodom georadara postižu se najveće rezolucije u geofizičkim istraživanjima,

ali postoje ograničenja metode koja se odnose na primjenu metode u ne vodljivim ili

slabo vodljivim materijalima. Dubina prodiranja smanjena je u elektro vodljivim

materijalima glina pa se u tom slučaju voda smatra dobrim vodičem (do 40-ak m).

Tanki proslojak gline onemogućuje prodiranje u naslage koje se nalaze ispod njega.

Zbog toga se georadar najčešće koristi samo kod vrlo plitkih geofizičkih istraživanja i

primjenjuje se u građevinarstvu, geotehnici, geologiji, arheologiji i to primjerice za


Petra Kereži

otkrivanje pukotinskih i rasjednih zona u karbonatima u kojima je česta prisutnost vode,

za kartiranje trošne i okršene zone stijena.

3.3. SEIZMI ČKA REFRAKCIJA

Ova metoda temelji se na mjerenju vremena prvih nailazaka refraktiranih

valova - uzdužnih P (primarni ili longitudinalni) ili poprečnih S (sekundarni ili

transverzalni) valova, ovisno o načinu generiranja seizmičkog poremećaja - na geofone

i pri tome se koristimo jednostavnijim seizmografima s fiksnim pojačanjem. Zato

seizmičku refrakciju koristimo kod plićih istraživanja. Prilikom interpretacije

najosjetljiviji dio je ˝pikiranje˝ i korespondencija vremena odgovarajućim refraktorima.

Principom CAT-a (computer aided tomography) i uvažavanjem relevantnih podataka

geotehničkog profila dobivaju se korektne slike podzemlja, a samim time umanjuje se

mogućnost višesmislenosti zbog inverzije brzine po dubini.

Oprema korištena kod plitkih refrakcijskih istraživanja (Slika 7.) je relativno

jednostavna i sastoji se od geofona jednake konstrukcije, s nižom rezonantnom

frekvencijom (oko 10 Hz). Seizmograf sadrži višekanalno pojačalo, koje služi kontroli

prirasta, i galvanometre pomoći kojih se može dobiti zapis mjerenja. Moguća je i

ugradnja filtera koji odstranjuju neželjene frekvencije izvan korisnog signala. Noviji

instrumenti imaju vlastitu ili vanjsku memoriju, dok putem ekrana pratimo rezultate

snimanja. Kad se koristi slabiji izvor seizmičkih valova, primjerice čekić, signali se

mogu zbrajati. [8]

Slika 7. Terensko mjerenje brzina seizmičkih valova plitkom seizmičkom refrakcijom


Petra Kereži

Refrakcijska mjerenja najčešće se provode kao 2D-istraživanja (Slika 8.),

što znači da se izvode duž profila. Da bi se pokrio cijeli profil duž njega uzastopno se

pomiču grupe geofona u različitim geofonskim rasporedima. Snimanje primarnih i

sekundarnih valova može se odvijati istovremeno da bi dobili podatke o stanju stijena –

njihovoj kompaktnosti, raspucalosti i šupljikavosti, tj vrijednosti elastičnih konstanti

stijena. [7]

Slika 8. 2D profil brzine kompresijskih seizmičkih valova izmjeren na RF-1, Zaton Doli

Ograničenja refrakcijske metode je porast brzine seizmičkih valova s

dubinom. Zbog toga se ne može interpretirati sloj niže brzine ispod sloja više brzine

nego je konačni rezultat prikaz na kojemu brzine seizmičkih valova rastu s dubinom.

Seizmička refrakcija se u modelu karbonatnih stijena može iskoristiti kod

kartiranja površinskog okršavanja ili kartiranja trošnih zona. Brzina širenja seizmičkih

valova je kod vapnenaca i dolomita velika i to osobito ako se nalaze ispod pokrova

stijena s manjom brzinom (Prilog 1). Ako na površini postoje klastiti, a ispod njih na

razmjerno manjim dubinama nalaze se karbonati, onda se ovom metodom mogu jako

precizno kartirati njihovi kontakti. Ova metoda se koristi kod inženjerskih istraživanja

za određivanje debljine sloja mulja ili nanosa, te razdrobljenog ili rastrešenog materijala

u pokrovu. Zbog mogućnosti veće rezolucije od električnih metoda, refrakcijom se

mogu otkriti uske pukotinske i rasjedne zone na površini [9].


Petra Kereži

3.4. MASW

MASW (Multi-Channel Analysis of Surface Waves) ili višekanalna analiza

površinskih valova je seizmička metoda koja omogućava određivanje brzine posmičnih

valova podpovršinskih materijala, a nastala je kao rezultat razvoja seizmičkih metoda

posljednjih desetljeća. Preuzet je pristup korišten u seizmičkoj refrakciji i refleksiji uz

korištenje 24 ili više prijamnika [10].

Seizmički valovi izazvani u beskonačnom, homogenom i izotropnom

mediju uzrokuju pojavu P i S prostornih valova. Približavanjem granici polu-

beskonačnog prostora ti valovi se transformiraju u površinske valove. Kada se za

nastanak seizmičkih valova na površini koriste vertikalni izvori, kao što su čekić ili pad

utega, nastaju površinski Rayleighevi (R) valovi koji u najviše moguće preuzimaju

seizmičku energiju izvora (R valovi: 67%, S valovi: 26% i P valovi: 7% ) [11].

Rayleighevi valovi (Slika 8.) predstavljaju složeni oblik valova koji se

sastoji od longitudinalnog i transverzalnog gibanja s međusobnim pomakom u fazi.

Materijalna čestica prelazi eliptičku putanju u kojoj je velika poluos vertikalna kada je

val blizu površine. R valove često nazivamo valjanjem tla (ground roll).

Najvažnije svojstvo Rayleighevi valova je disperzija. To znači da se valovi

niže frekvencije i veće valne duljine šire dublje u medij od valova visoke frekvencije i

manje valne duljine. Brzina širenja vala kod pojedine frekvencije naziva se fazna brzina,

a krivulja koja prikazuje faznu brzinu u ovisnosti o frekvenciji naziva se krivulja fazne

brzine ili disperzijska krivulja. Nasuprot R valova, prostorni S i P valovi nemaju

disperzno svojstvo.

Slika 8. Širenje Rayleighovog vala


Petra Kereži

Višemodalna disperzija je pojava više faznih brzina na određenoj

frekvenciji. U ovom slučaju osnovni mod (M0) je naziv za najsporiji mod, a sljedeći

mod s većom brzinom je prvi viši mod (M1) i tako se redom nastavlja. Fazna brzina

širenja Rayleighevih valova (vr) najviše ovisi o brzini posmičnih valova (vs).

Slika 9. Disperzija površinskih valova

Izraz koji pokazuje odnos između brzine posmičnih valova (vs) i brzine

Rayleighevih valova (vr) glasi:

rS vPv ⋅=

gdje je: P - konstanta ovisna o Poisson-ovom koeficijentu (ν)

- primjer 09.1=P za 25.0=v


Petra Kereži

4. GEOTEHNI ČKE ZNAČAJKE STIJENSKE MASE

Uz terenske geofizičke istražne radove koji se provode na samoj lokaciji zahvata

izvode se i pokusi na uzorkovanim uzorcima. Jedan od mogućih primjera je izvođenje

pokusa sa Schmidtovim čekićem (Slika 10.). Čekić postavljamo u pravcu okomitom na

zidove stijene uz primjenu korelacijskih dijagrama (Slika 11.) odnosa kuta osi čekića i

horizontale. Površina se ispituje u vlažnom stanju i treba biti bez malih raspadnutih

čestica. Ako pri ispitivanju dolazi do pomicanja zida odskok će biti nerealno mali pa iz

toga proizlazi da je ovaj pokus nepogodan za ispitivanja u oslabljenoj stijenskoj masi.

Slika 10. Schmidtov čekić

Slika 11. Korelacijski dijagram tlačne čvrstoće prema vrijednostima odskoka

Schmidtovog čekića

10

20

30

40

50

60

70

15 20 25 30 35 40 45 50

Odskok (H)

Tlač

na č

vrst

oć

a (M

N/m

2 )

α -90°

α +90°

α 0°

α -45°

α +45°

+ α


Petra Kereži

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

20 30 40 50 60 70 80

O dsk ok Sc hmidtovog ček ića

You

ngov

mod

ul (

GP

a)

Preporuka (ISRM, 1978) je izvođenje Schmidtovog pokusa u grupama od po 10

ispitivanja po jediničnoj površini, s time da se eliminira pet najmanjih rezultata, a

računa se srednja vrijednost pet najvećih očitanja te potom očita vrijednost čvrstoće na

korelacijskom dijagramu. Srednja vrijednost odskoka Schmidtovog čekića (R) i

zapreminska težina stijene koriste se za određivanje čvrstoće zidova diskontinuiteta.

Kad dobijemo vrijednost odskoka Schmidtovog čekića, u odnosu na nju se može

izvući vrijednost Youngovog modula prema pouzdanoj O. Katzovoj korelaciji (Slika

12).

Slika 12. Korelacijski dijagram Youngovog dijagrama prema vrijednosti odskoka

Schmidtovog čekića

Mjerenjem na terenu u skladu s preporukama međunarodnog društva za

mehaniku stijena (ISMR, 1978), određuju se ulazni podaci za klasifikaciju stijesnkih

masa prema odgovarajućim dijelovima RMR i Q klasifikacije do određivanja geološkog

indeksa čvrstoće stijenske mase (GSI prema E. Hoek-u).

Vrijednost geološkog indeksa čvrstoće GSI može se dobiti pomoću programa

RockLab, tako da se odrede ulazni parametri prema Hoek-Brownovoj klasifikaciji

(Slika 13). Konačni rezultat je dobiveni dijagram nelinearnog odnosa normalnog i

posmičnog naprezanja prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće. Hoek-Brownov

kriterij sloma stijenske mase najčešće se primjenjuje upravo u mehanici stijena.


Petra Kereži

Slika 13. Određivanje geološkog indeksa čvrstoće (GSI) programom RockLab

Nelinearni odnos prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće prikazan je na slici

14. Aproksimacijom krivulje pravcem mogu se odrediti parametri Mohr-Columbovog

kriterija čvrstoće – kohezija c i kut trenja φ. Za primjer na slici prosječni prividni kut

trenja stijenske mase iznosi φ = 32°, a prosječna prividna kohezija c = 130 kN/m2

Slika 14. Analiza čvrstoće stijenskog masiva programom RockLab

VRLODOBRI

DOBRI SLABI LOŠIVRLOLOŠI

N/D N/D

N/D N/DUSLOJENA - nepostojanje blokova zbog malih razmaka između škriljavih ravnina diskontinuiteta

STRUKTURA SMANJENJE KAKVOĆE POVRŠINE

POVRŠINSKI UVJETI

SMAN

JEN

JE V

EZAN

OST

I D

IJEL

OVA

STI

JEN

E

INTAKTNA ILI MASIVNA - primjerci čitave stijene ili masiva "in situ" s nekoliko diskontinuiteta na širem razmaku

BLOKOVITA - dobro vezana, neporemećena stijenska masa sastavljena od kubičnih blokova formiranih s tri ukrižena diskontinuiteta

VRLO BLOKOVITA - povezana, djelomično poremećena stijenska masa s višestrukim izbrušenim površinama blokova formiranih s četiri ili više sustava pukotina

BLOKOVITA DO SREDNJE POREMEĆENA - rasjedani ili raspucani skup blokova nastao presjecanjem više diskontinuiteta pod različitim kutevima, uočljivo postojanje slojeva ili škriljavosti

DEZINTEGRIRANA - loše povezana gotovo rastresita stijenska masa sastavljena od mješavine uglatih i zaobljenih blokova

GEOLOŠKI INDEKS ČVRSTOĆE GSI = 45

50

60

70

80

90

10

20

30

40


Petra Kereži

Ulazni uvjeti za modeliranje u RockLab-u dobivaju se iz terenskih radova.

Kriterij sloma stijenske mase definiran je generaliziranim Hoek-Browno-vim kriterijem

čvrstoće:

a

cbc sm

++=

σσσσσ

'3'

3'1

(1)

gdje su: σc – jednoosna tlačna čvrstoća homogenog uzorka stijene

σ1' i σ3

' – veće i manje efektivno naprezanje

mb, a, s – iskustveni parametri stijenske mase definirani izrazima:

−−

⋅= D

GSI

ib emm 1428

100

−−

= D

GSI

es 39

100

−+= 3

20

15

6

1

2

1eea

GSI

(2)

gdje je: D – faktor poremećenosti stijenske mase

mi - parametar ovisan o vrsti stijene

GSI – geološki indeks čvrstoće


Petra Kereži

5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE

Ovaj primjer analize stabilnosti kosina navodim iz razloga da pokažem koja je

funkcija samih geofizičkih istraživanja i zašto se ubiti ona provode tj. čemu služe

njihovi rezultati [12].

Na lokaciji GP Zlatna Doli, zapadno od mjesta Slano, za potrebe uređenja platoa

međunarodnog graničnog cestovnog prijelaza provedena su terenska geofizička i

inženjerskogeološka istraživanja. Od geofizičkih istraživanja korištene su upravo gore

opisane metode: georadara, seizmičke refrakcije i višekanalne spektralne analize

površinskih valova (MASW), a istraživanja su obavljena od strane tvtke SPP d.o.o. iz

Varaždina, kako bi se dobio uvid u sastav i geotehničke značajke stijenskog masiva da

bi se moglo pristupiti numeričkoj analizi stabilnosti projektiranog zasjeka.

Interpretacija georadarskog profiliranja:

Na lokaciji istražnog prostora provedeno je profiliranje georadarom primjenom

300 MHz oklopljene antene i uređaja ZOND12e proizvođača Radar System, Inc.

Latvija. Veličina dielektrične permeabilnosti εr = 6 odabrana je prema rudistnim

vapnencima – geološkoj sredini koja prevladava na lokaciji. Dubina profiliranje je 17,0

m, jer dublje razlučivost snimke nije zadovoljavajuća. Georadarski profili snimljeni su

u dva profila dužine 90 m. Snimke profila prikazane su u Prilogu 2. Pukotinski sastavi

vidljivi su do dubine 17 m, što ujedno i odgovara maksimalnoj dubini snimaka, a

ispunjeni su fragmentiranom stijenom, djelomično glinom i milonitnim prahom.

Interpretacija seizmičke refrakcije:

Plitka seizmička refrakcija, tj. refrakcijska tomografija provedena je s P

valovima. Seizmički dispozitiv se sastojao od 24 vertikalnih geofona frekvencije 4.5 Hz

za snimanje P valova i isto toliko horizontalnih geofona frekvencije 10 Hz za snimanje

S valova. Geofonski razmak iznosio je 3 m. Podaci mjerenja interpretirani su WET

metodom iz paketa Rayfract 2.63 (Intelligent Resources Inc.). Rezultat tomografske

interpretacije seizmičkog profila RF-1, Zaton Doli prikazan je slikom 8.


Petra Kereži

Interpretacija višekanalne analize površinski valova (MASW):

Za procjenu dinamičkih svojstava tla (vs, vs,30) korištena je MASW metoda.

MASW dispozitiv sastojao se od 24 vertikalnih geofona frekvencije 4.5 Hz, postavljena

na međusobnom razmaku od 3 m (dispozitiv se istovjetan dispozitivu za snimanje plitke

seizmičke refrakcije). Pri interpretaciji MASW mjerenja korišten je osnovni mod.

Interpretacija mjerne krivulje disperzije na lokaciji dispozitiva MASW – 1, Zaton

Doli, provedena je pomoću računalne aplikacije SurfSEIS 3.0.6.4., Kansas Geological

Survey 1998-2010. Slikom 15 je prikazan rezultat interpretacije MASW-1, tj. prikazana

je brzina posmičnih valova vs po dubini stijenskog masiva.

Slika 15. Profil brzine posmičnih seizmičkih valova po dubini izmjeren na MASW-1

Iz interpretacije rezultata snimanja MASW-1 na slici 15, vidi se da je brzina

posmičnih valova vs u površinskom djelu do dubine 6.0 m promjenjiva, a duž 2D

MASW dispozitiva varira od vs = 500 – 900 m/s. S dubinom iznos posmičnih brzina

raste, tako da dublje od 6.0 m posmične brzine prelaze vs > 1000 m/s, čime stijenu

klasificiramo u IV. Kategoriju. Dublje od 15.0 m brzina posmičnih valova je i dalje u

porastu što pokazuje na kompaktnu stijenu u podlozi. Klasifikacija stijene prema

izmjerenim brzinama posmičnih valova provedene je prema Klasifikaciji karbonatnih

stijena, Novosel i dr.


Petra Kereži

Terensko ispitivanje jedonaksijalne čvrstoće dalo je sljedeće rezultate:

Tablica 1.Odskok Schmidtovog čekića na uzorcima za lokaciju i pripadne tlačne čvrstoće

Uzorak broj

Lokacija Otklon čekića

[°]

Izmjerene vrijednosti odskoka [H]

Srednja vrijednost odskoka

[Hsr]

Tlačna čvrstoća [MN/m2]

Youngov modul [GPa]

1 izdanak stijene

-0

39.9 48.5 11,0

2 izdanak stijene

-0

42.3 52.6 12.0

3 izdanak stijene

-0

36.8 43.2 9.0

4 izdanak stijene

-90

42.1 57.7 12.0

5 izdanak stijene

-0

36.1 42.16 9.0

Mjerenjem na terenu u skladu s preporukama međunarodnog društva za

mehaniku stijena (ISMR, 1978), određeni su ulazni podaci za klasifikaciju stijenskih

masa prema odgovarajućim dijelovima RMR i Q klasifikacije do razine određivanja

geološkog indeksa čvrstoće stijenske mase (GSI prema E. Hoek-u).

Slikom 13. prikazana je korelacija između Youngovog modula i odskoka

Schmidtovog čekića. Za vrijednost prosječnog odskoka 39 iz slike 13. usvojena je

vrijednost za Youngov modul E = 10000 MN/m2, dok se za modul deformacije

stijenskog masiva usvaja vrijednost Em = 400 MN/m2.

Korištenjem programa RockLab dobivena je vrijednost za geološki indeks

čvrstoće GSI = 40 za vapnenačku stijenu IV. kategorije, slika 14. Programom RockLab

također su određeni ulazni parametri prema Hoek-Brownovoj klasifikaciji na osnovu

kojih je dobiven dijagram nelinearnog odnosa normalnog i posmičnog naprezanja

prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće. Hoek-Brownov kriterij sloma stijenske

mase najčešće se često koristi u mehanici stijena.

Na slici 14. je prikaz nelinearnog odnosa prema Hoek-Brownovom kriteriju

čvrstoće. Aproksimacijom krivulje pravcem (iz teorije najmanjih kvadrata) mogu se

odrediti parametri Mohr-Coulombovog kriterija čvrstoće (kohezija c i kut trenja φ).

38 42 39 38 36

30 44 40 44 48

50 48 39 39 47

44 40 36 42 38

36 36 34 38 37

38 37 36 38 38

40 36 42 44 48

48 46 40 36 41

42 38 0.4 41 41

36 35 38 50 40


Petra Kereži

Prema dobivenim rezultatima, prosječni prividni kut trenja stijenske mase iznosi φ =

32°, a prosječna prividna kohezija c = 130 kN/m2.

Usvojene su vrijednosti parametra stijene IV. kategorije:

- σσσσc = 42,0 MN/m2 (sklerometar, Schmidt-ov čekić)

- mi = 10

- GSI = 40

- D = 1,0

- Ei = 10 GPa

Uvrštenjem preuzetih parametara u jednadžbe (2) dobiju se vrijednosti

iskustvenih parametra za vrstu stijene na istražnoj lokaciji.

- mb = 0,138

- s = 0,000045

- a = 0,511

Na temelju interpretacije MASW seizmičkog profila odnosno dobivenih

vrijednosti inženjerskogeološkog snimanja izvedena je kategorizacija karbonatnih

stijena (Novosel i dr., 1980.) po dubini. Prema dobivenim rezultatima vidljivo je kako je

na lokaciji utvrđena IV. kategorija karbonatne stijene. (Prilog 6).

Polaganjem pravca teorijom najmanjeg kvadrata na dobivenu krivulju Hoek-

Brownovog nelinearnog odnosa normalnog i posmičnog naprezanja dobivene su Mohr-

Coulombove veličine – slika 7, odnosno Prilog 7.

- γγγγ = 26,0 kN/m3 = obujamska težina,

- c = 130 kN/m2 = kohezija,

- φ = 32° = kut unutrašnjeg trenja


Petra Kereži

Projektne vrijednosti maksimalnog potresa (Eurocode - 8):

Utjecaj svojstava temeljnog tla na seizmička djelovanja generalno se uzima u

obzir svrstavajući tlo u pet razreda A, B, C, D i E, a koji se razlikuju prema

karakterističnim stratigrafskim profilima i parametrima prikazanim u tablici 2.

Sukladno rezultatu MASW snimanja, odnosno izmjerenih brzina sekundarnih

valova Vs na prostoru GP Zaton Doli, određen je parametar Vs,30, definiran kao:

∑=

=

Ni i

is

V

hV

,1

30,

30

gdje hi i V i predstavljaju debljinu i brzinu posmičnih valova i-tog sloja od ukupnog

broja N definiranih litoloških slojeva do dubine 30 m. Brzina posmičnih valova uzima

se mjerena pri malim deformacijama.

Iz mjerenih vrijednosti na terenu, te upotrebom izraza za Vs,30, određeno je da

tlo na lokaciji graničnog prijelaza odgovara "A" kategoriji tla prema seizmi čnosti,

Vs,30 > 800 (m/s).

Tablica 2. Kategorizacija tla prema seizmičnosti (Eurocode 8, HRN EN 1998-1:2008 en)

Kat. tla

Opis profila tla Parametri

Vs,30

(m/s)

NSPT (udaraca/30 cm)

cu

(kPa)

A Stijena ili njoj sli čne geološke

formacije, uklju čujući najviše 5 m slabijeg materijala na površini

>800 - -

B

Slojevi vrlo zbijenog pijeska, šljunka ili vrlo čvrste gline, debljine najmanje

nekoliko desetina metara, karakterizirani stupnjevitim povećanjem mehaničkih

svojstava sa dubinom

360 - 800 >50 >250

C

Slojevi zbijenog ili srednje zbijenog pijeska, šljunka ili čvrste gline, debljine

od nekoliko desetina do više stotina metara

180 - 360 15 – 50 70 - 250

D

Rastresiti do srednje zbijeni nevezani sedimenti (sa ili bez mekanih kohezivnih

slojeva) ili predominantno mekano do čvrsto kohezivno tlo

<180 <15 <70

E

Tlo se na površini sastoji od aluvijalnih nanosa sa vrijednosti vs,30 prema tipu C ili

D i debljinom između 5 i 20 m, ispod kojeg je krući materijal sa vs,30>800 m/s


Petra Kereži

Prema seizmološkoj karti Republike Hrvatske s povratnim razdobljem od 500

godina metodom Medvedeva, na lokaciji zahvata može se očekivati potres od 8° prema

MCS skali (HRN EN 1998-2, NAD, tablica NAD.1).

Osmom stupnju (8°) prema MCS skali odgovara ubrzanje tla od ag = 0,2 g, tablica 3.

Tablica 3. Proračunsko ubrzanje tla.

PODRUČJE INTENZITETA POTRESA U STUPNJEVIMA LJESTVICE MKS-64

PRORAČUNSKO UBRZANJE TLA

ag

6 0,05g

7 0,1g

8 0,2g

9 0,3g

10 Posebna istraživanja


Petra Kereži

Nakon što su prikupljeni svi ovi podaci moglo se krenuti na proračun

stabilnosti kosina:

Analiza stabilnosti kosine rađena je prema metodi "Bishop" baziranoj na analizi

momenta ravnoteže potencijalno nestabilnog segmenta tla kojemu se kao ploha klizanja

pretpostavlja ravninska ili cilindrična površina. Proračun se svodi na određivanje

faktora sigurnosti protiv klizanja (Fs) koji je definiran kao odnos momenta otpora

klizanja (Mo) i momenta aktivnih sila (Ma) oko potencijalnog polja rotacije promatranog

kliznog tijela. Faktor sigurnosti računa se prema slijedećem izrazu.

∑

∑

⋅+⋅+

⋅⋅−++⋅=

n

sn

S

HR

rWW

mtgubWWbc

Fα

ϕα

sin)(

1))((

21

21

gdje su:

n - broj lamela u proračunu

b - širina pojedine lamele

c' - efektivna kohezija materijala ϕ - efektivni kut trenja materijala W1,W2 - težinske sile lamela

us - porni tlak

mα = sF

αsinα'tgαcos ⋅⋅

HR

r ⋅ - utjecaj horizontalne sile (H)

Jednadžba za faktor sigurnosti Fs je implicitna, budući da se nepoznanica nalazi

s obje strane znaka jednakosti, pa se rješava iterativnom metodom. Analiza stabilnosti

se zasniva na pretpostavci da se radi o ravninskom problemu pa se zanemaruje utjecaj

promjene geometrije i značajki materijala u smjeru okomitom na promatranu ravninu.

Odnos normalnog napona i posmične čvrstoće na plohi sloma definiran je Hoek-Brown-

ovim kriterijem sloma ili Mohr-Coulombovim zakonom. Posmični lom materijala

odvija se po plohi sloma.


Petra Kereži

Kod proračuna faktor sigurnosti analizira se velik broj potencijalnih kliznih

ploha, u proračunu grafički se prikazuje samo analiza za najkritičniju kliznu plohu,

odnosno zelenom i žutom bojom prikazane su plohe za koje je faktor sigurnosti blizak

plohi sa minimalnim faktorom sigurnosti kako bi se ilustrirao trend pomicanja kliznih

ploha. Proračun stabilnosti po Bishopu rađen je računalnim programom Rocscience Inc,

SLIDE 5.0. Analiza stabilnosti kosine provedena je na karakterističnom profilu

0+140,00 izrađenim od tvrtke "IPZ NISKOGRADNJA" d.o.o., Zagreb.

5.1.PRORAČUN STABILNOSTI KOSINE PREMA BISHOP-u

Slika 16. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00 korišten u proračunu stabilnosti tla na klizanje.

Slika 17. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za ravni lom.

0+140,00

ZGRADA

os c

este

- s

jeve

r

os

cest

e -

jug

0+140,00GP ZATON DOLI

100,0

95,0

90,0

85,0

0,0 5,0 10,0 15,0

M 1:100

105,0

110,0

M 1

: 10

0115,0

80,0

75,0

1.6751.6751.6751.675

Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.51136864

72

80

88

96

104

112

120

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105

3 : 1

3 : 1

3 : 1

3 : 1

10.000

10.000

10.000

4.858

5.001

5.001

4.761


Petra Kereži

Slika 18. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za kružnu kliznu plohu.

Prema seizmološkoj karti Republike Hrvatske s povratnim razdobljem od 500

godina metodom Medvedeva, na lokaciji zahvata može se očekivati potres od 8° prema

MCS skali (HRN EN 1998-2, NAD, tablica NAD.1).

Osmom stupnju (8°) prema MCS skali odgovara ubrzanje tla od ag = 0,2 g. Na

slici 7 prikazan je faktor sigurnosti izvedenog stijenskog pokosa opterećenog ubrzanjem

tla u horizontalnom smjeru.

Slika 19. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00, seizmički opterećen horizontalnim

ubrzanjem tla 0,2g.

1.6641.6641.6641.6641.6641.664

63

70

77

84

91

98

105

112

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105


1.2581.2581.2581.2581.2581.258

63

70

77

84

91

98

105

112

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105


0.2


Petra Kereži

Slika 20. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, OPCIJA 2.

Slika 21. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00, OPCIJA 2 ZASJEKA, seizmički

opterećen horizontalnim ubrzanjem tla 0,2 g.

1.4851.4851.4851.4851.4851.485

61

68

75

82

89

96

103

110

117

1 7.5 14 20.5 27 33.5 40 46.5 53 59.5 66 72.5 79 85.5 92 98.5 105


3 : 1

4 : 1

5 : 1

1 : 1

10.000

10.000

6.800

5.793

1.1291.1291.1291.129

65

71.5

78

84.5

91

97.5

104

110.5

117

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99


3 : 1

4 : 1

5 : 1

1 : 1

10.000

10.000

6.800

5.793

0.2


Petra Kereži

Tablica 4. Prikaz rezultata analize globalne stabilnosti

ANALIZA GLOBALNE STABILNOSTI

PROFIL

0+140,00

faktor sigurnosti Fs - ravni lom

faktor sigurnosti Fs – kružna klizna

ploha

faktor sigurnosti Fs – za seizmičko

opterećenje

P - projektni zasjek

(Varijanta 1) 1,67 1,66 1,25

P2 – opcija 2 zasjeka

(Varijanta 2)

1,48 1,12

Slika 22. Rezultat analize lokalne stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za ravni lom.

Tablica 5. Prikaz rezultata analize lokalne stabilnosti

ANALIZA LOKANE STABILNOSTI

PROFIL

0+140,00

faktor sigurnosti Fs - ravni lom

faktor sigurnosti Fs – kružna klizna

ploha

faktor sigurnosti Fs – za seizmičko

opterećenje

P - projektni zasjek >2,00 1,98 1,59

2.2692.2692.2692.269


61

68

75

82

89

96

103

110

117

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102

3 : 1

3 : 1

3 : 1

3 : 1

10.000

10.000

10.000

4.858

5.001

5.001

4.761


Petra Kereži

Analiza stabilnosti provedena je za dvije varijante formiranja završnog lica stijenskoh zasjeka (Tablica 4.):

Varijanta 1: - preuzeto projektirano stanje zasjeka sa dvije berme širine 5,0 m, te

nagibom pokosa 3:1 i visinom etaže 10 m.

Varijanta 2: - princip postupnog smanjenja nagiba viših etaža, počevši od platoa s

nagibom 5:1, sljedećeg višeg s nagibom 4:1, dalje 3:1 i završnim uređenjem pokosa 1:1,

te primjenom berme širine 3,0 m.

Provedene analize dokazuju da za odabrane minimalne parametre ostvarene

geofizičkim i inženjerskogeološkim snimanjem na lokaciji obuhvata izgradnje GP Zaton

Doli, zadovoljava varijanta 1, odnosno da će za projektiranu geometriju zasjeka biti

ostvarena tražena trajna stabilnost, odnosno izračunati faktor sigurnosti Fs > 1,5. Ovaj

kriterij predstavlja trajno stabilno stanje, odnosno zadovoljava uvjet kosina koje imaju

duži vijek trajanja, završne kosine (Pravilnik o tehničkim normativima za površinsku

eksploataciju ležišta mineralnih sirovina)

Uočljivo je bitno smanjenje faktora sigurnosti kod Varijante 2. Osim nižeg

faktora sigurnosti, nepovoljno je strmo lice zasjeka u podini s nagibom 5:1 što je blisko

prirodnom kutu pada slojeva utvrđenog na dijelu stijenske mase, te se to smatra

nepovoljnom položajem. Širina berme od 3,0 m također predstavlja ograničenja u

manipulaciji strojeva.

Na istražnom prostoru očekivani potres za promatrani povratni period od 500

godina iznosi 8° po MCS skali, što odgovara horizontalnom ubrzanju čestica a = 0,2 g, a

faktor sigurnosti za seizmički opterećenu kosinu FS = 1,25 (Varijanta 1, projektirano

stanje).

Broj analiziranih profila zadovoljava uvjet kontrole stabilnosti u profilu za svaku

promjenu strukture materijala, odnosno na lokaciji nema utvrđene morfološke disperzije

materijala. Izvedena kosina zadovoljava globalnu i lokalnu stabilnost.


Petra Kereži

6. ZAKLJU ČAK

Kod geofizičkih ispitivanja opisane su dvije seizmičke metode, plitka seizmička

refrakcija (RF) i višekanalna analiza površinskih valova (MASW). Tim metodama

dobiva se uvid u P i S brzine seizmičkih valova. Analizom površinskih valova (MASW)

određuju se slojevi tla i dubina njihova zalijeganja, a te rezultate moguće je dobiti zbog

lake detekcije površinskih Rayleighevih valova, koji prenose najveći dio energije izvora

(oko 70%) i generiraju na isti način kao i P valovi. Rezultat interpretacije mjerenja

Rayleighovih valova je brzina širenja posmičnih valova (vs), koja je vrlo važna u

geotehnici i seizmologiji. MASW je ujedno i puno brža i jednostavnija metoda kod koje

zbog višekanalnog pristupa nije potrebno mijenjati raspored prijamnika (geofona) na

terenu uslijed novog snimanja.

Osim seizmičkih metoda za utvrđivanje kvalitete stijenskog masiva opisana je i

metoda georadara. Pomoću georadarskog snimanja dobiva se uvid u pukotinski sustav u

dubinu.

Da bi geofizičke interpretacije bile što točnije preporuča se korištenje barem

dvije metode, kako bi se usporedbom rezultata dobio što točnija i preciznija geološka

slika stanja terena. Svaki rezultat geofizičkih istraživanja zbog napredovanja i

usavršavanja tehnologije moguće je pohraniti u digitalnom obliku i kao takav može se

koristit kao vodilja u budućim istraživanjima za dobivanje još točnijih rezultata i slika

terena. Postojanjem prethodnih rezultata ispitivanja znatno se smanjuje rizik budućih

istraživanja. Geofizički rezultati također mogu poslužiti za određivanje lokacija

istražnih bušotina, dok rezultatima bušenja možemo ustvrditi točnost geofizičkih

mjerenja.


Petra Kereži

LITERATURA:

[1] Tišljar, J. (2001): Sedimentologija karbonata i evaporita, Institut za geološka

istraživanja, Zagreb

[2] Wikipedija, Dolomit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Dolomit

[3] Wikipedija, Kalcit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Kalcit

[4] Kapelj, S. (2008), Skripta iz Geologije: Magnezit, Sveučilište u Zagrebu,

Geotehnički fakultet, Varaždin

[5] Wikipedija, Aragonit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Aragonit

[6] fwd grupa (2008): Underground Istria, 15.6.2011.

http://www.underground-istria.org/

[7] Šumanovac, F. (2007): Geofizička istraživanja podzemnih voda, Sveučilište u

Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb

[8] Jelić, K. (2005): Skripta - Geofizika, Geotehnički fakultet, Varaždin

[9] Skupina autora (1979): Tehnička enciklopedija, 6. svezak: Geofizika, Zagreb

[10] Multichannel Analysis of Surface Waves(MASW), 17.6.2011.

http://www.masw.com/index.html

[11] Jeđud, B. (2010.): Diplomski rad – Višekanalna analiza površinskih valova

(MASW),Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin

[12] SPP d.o.o (2010): Geotehnički elaborat o provedenim istraživanjima i snimanjima

stijenskog masiva na prostoru međunarodnog cestovnog graničnog prijelaza Zaton

Doli, Varaždin


Petra Kereži

GRAFIČKI PRILOZI

Prilog 1. Prosječne brzine P i S valova i gustoće nekih geomedija

VRSTA GEOMEDIJA VP

[m/s]

vs

[m/s]

GUSTOĆA

[Mg/m3]

Zrak 330 - -

Čista voda 1450-1510 - 1.00

Riječna i jezerska voda 1430-1680 - -

Morska voda 1460-1530 - -

Površinski materijal 300-600 - -

Granit 4000-6100 2150-3350 2.67

Gabro 6550 3450 2.98

Bazalt 5600 3050 3.00

Dijabaz 5500-7000 3000-4500 3.00

Pješčenjak 1800-4000 915-3000 2.45

Šejl 2500-4250 1000-3000 2.60

Vapnenac 2000-6100 1800-3800 2.65

Glina 1100-2500 580 1.40

Pijesak, šljunak 300-800 100-500 1.70

Pijeska, šljunak(mokri) 1500-2700 900-1600 1.93

Lapori 1800-3900 1050-2300 2.35

Prilog 2. Georadarski profili


Petra Kereži

SAŽETAK

Ime i prezime autora: Petra Kereži

Naslov rada: Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama

Geofizička istraživanja nam omogućuju procjenu statičkih i dinamičkih

svojstava stijene, te određivanje njezinog profila po dubini. One nam pružaju alternativu

za skupa bušenja i in-situ istraživanja koja i duže traju.

Geofizička istraživanja karbonatnih stijena zahtjevna su zbog raznih poteškoća

koje se mogu javiti u raznolikoj i nepravilnoj građi vapnenaca i dolomita. Zbog

zahtjevnosti istraživanja preporuča se primjena barem dvije metode, te pomno

odabiranje mjernih točaka i profila na terenu kako bi dobiveni rezultati bili

reprezentativni. Metodom georadara određuje se brzina rasprostiranja valova kroz

stijene, a samo ispitivanje može se provesti na dva načina: profiliranjem i sondiranjem.

Refrakcijskom seizmikom, mjerenjem vremena nailaska S valova, može se odrediti

krutost tj. nosivost terena. S valove nije lako generirati, a osim utjecaja okoline javljaju

se i smetnje pa je otežano i određivanje vremena prvih nailaska širenja posmičnih

valova (vs). Ti problemi rješavaju se primjenom nove metode višekanalne analize

površinskih valova (MASW). Ovom metodom mjerimo posmične module (G) profila tla

po dubini kod vrlo malih deformacija. Temelji na svojstvu disperzije površinskih

Rayleighevih valova: pri čemu se valovi niže frekvencije, a veće valne duljine, šire

dublje u medij od valova visoke frekvencije, tj. manje valne duljine. Inverzijom

disprezijske krivulje dobije se prikaz brzine posmičnih valova po dubini (Vs).

U Republici Hrvatskoj izvedeno je malo istraživanja metodama MASW. Zato se

otvaraju velike mogućnosti istraživanje i primjena metoda površinskih valova. Iako se

radi o još novoj metodi ona omogućuje brzo, jednostavno i jeftino profiliranje slojeva

tla i određivanje dubine stijena te mjerenje njihovih statičkih i dinamičkih svojstava.


Petra Kereži

KLJU ČNE RIJEČI

- Dolomiti - Vapnenci - seizmička refrakcija - MASW

Documents

SADRŽAJ - gfv.unizg.hr · metode, no prema na činu mjerenja i obradi podataka ova metoda vrlo je sli čna seizmi čkoj refleksiji. Rad georadara zasniva se na odašiljanju kratkog