Proces odronjavanja-OdroniProf. Dr Biljana Abolmasov In

ženj

ersk

a ge

odin

amik

a

1

Definicija procesa (Janjić, 1979)

Odronjavanje materijala je savremeni geodinamički proces otkidanja i naglog stropoštavanja stenskih masa, sa slobodnim padanjem, kotrljanjem i odskakanjem razbijenih blokova ili komada, po strmim odsecima padina ili kosina izgrađenih od čvrstih stenskih masa

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

2

• Pripadaju grupi gravitacionih procesa• Do odronjavanja može doći usled

mnogobrojnih uzročnka - zamrzavanja vode u pukotinama, usled insolacije, bubrenja pukotinske ispune, hidrauličkih pritisaka, kao i biogenih procesa pri rastu korenja šumskog bilja

• Mogu nastati i kao rezultat delovanja seizmičkih sila u tektonski ispucalim sredinama

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

3

Klasifikacija padinskih procesa prema mehanizmu kretanja i vrsti pokrenutog

materijala (IAEG)

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

4

Odronjavanje (USGS)

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

5

Mehanizam kretanja

1. Odvaljivanje2. Translatorno ili

rotaciono kretanje po padini

3. Padanje i udaranje velikom silinom o površinu terena

4. Raspadanje u manje blokove i drobinu

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

6

• Deo padine ili kosine u kome se nalaze labilne stenske mase, odnosno gde dolazi do odronjavanja naziva se zona odronjavanja

• Kod svakog odrona razlikuje se njegov erozioni i akumulacioni deo

Erozioni deo

Akumulacioni deo

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

7

Elementi odrona

• telo odrona- celokupna količina odronjenog i deponovanog materijala,

• debljina odrona- upravno rastojanje zasipa od njegove površine do podloge,

• granica odrona- periferna linija koja u potpunosti okonturuje odronjenu masu,

• površina odrona- vidljiva površina tela odrona• zapremina odrona- ukupna zapremina

nagomilane otkinute stenske mase

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

8

• podloga odrona- stenske mase na kojima leži odronjeni materijal po završetku kretanja

• dužina odrona- rastojanje između najniže i najviše granice tela odronjene mase (skoro se uvek poklapa sa pravcem kretanja)

• širina odrona- rastojanje dve naspramne bočne granice odrona

• čelo odrona- hipsometrijski najviša tačka na odronu

• nožica odrona- hipsometrijski najniža tačka na odronu

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

9

• Zona otkidanja-mesto na padini gde dolazi do otkidanja

• Zona tranzita-predstavlja onaj deo padine ili kosine po kome se otkinuti delovi kreću

L=α+45·Ho/45o, gde je: L-dužina odletanja odronjenog materijala

α-nagib padineHo(m)-visina padanja

• Zona akumulacije-nalazi se u podnožju strmih odseka, gde se nagomilava odronjeni materijal

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

10

• Ukoliko je stena pre odrona bila tekonski jako ispucala, tada će raspadanje u pojedine komade biti izraženije, a fragmenti sitniji

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

11

Uzroci nastanka

Prirodni (ubrzavaju ili direktno utiču):• Hemijsko-mineraloško-petrografski sastav stena,

njihova stabilnost i otpornost na egzogene agense u površinskim delovima

• Dugotrajni procesi promene naponskih stanja• Promena fizičko-mehaničkih svojstava stenskih

masa usled procesa raspadanja (usled promene mineraloškog sastava, vlažnosti...)

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

12

• Anizotropija fizičko-mehaničkih svojstava u stenskom masivu

• Ispucalost stena usled aktivnih tektonskih procesa• Mrazno-dinamički procesi pri zamrzavanju i

odmrzavanju vode u šupljinama i porama stena• Kristalizacija mineralnih soli u pukotinama stena• Sufoziono ispiranje sitnozrnih čestica

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

13

• Insolacioni procesi-zagrevanje i hlađenje stena pod uticajem sunčeve energije, koje uslovljava širenje i skupljanje stena

• Zemljotresi • Abrazioni procesi usleg mehaničkog rada talasa

na obalama jezera i mora• Podlokavanje obala snagom matica reka u toku

fluvijalno-erozionih procesa• Nepovoljan prostorni položaj elemenata sklopa

(slojevitosti, pukotina, raseda, škriljavosti...)• Klimatske karakteristike

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

14

Tehnogeni uzročnici (nastaju isključivo kao rezultat inženjerske delatnosti):

• Nagla promena površinskih voda u veštačkim akumulacionim basenima, pri njihovom punjenju i pražnjenju

• Vibracije izazvane radom teških mašina ili upotrebom velike količine eksploziva

• Neadekvatno podsecanje, zasecanje i usecanje u tektonski jače ispucalim stenama

• Promena morfologije padine izradom useka i zaseka ili podsecanjem padine u njenim nožičnim delovima pri izgradnji puteva

• Dinamičko opterećenje saobraćajnica u planinskim rejonima

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

15

Podela odrona prema vrstama stena u kojima se javljaju (po M.N. Rojnišviliju):

• Odroni u vezanim kamenitim i polukamenitim stenama (zapremina i do nekoliko hiljada m3

• Odroni u slabo vezanim stenama• Odroni u stenama heterogenog

materijalnog sastava i stanja Inže

njer

ska

geod

inam

ika

16

Podela odrona prema litološkom sastavu (M. Janjiću, 1979)

• Jednorodni ili homogeni-telo odrona čine blokovi i drobina od iste litološke vrste

• Raznorodni ili materijalno heterogeni-telo odrona čine blokovi i drobina različitih vrsta stena ili njihovih kompleksa

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

17

Podela prema veličini tela odrona (Janjić, 1979)

Redni broj

Kategorija odrona

Površina, m2 Zapremina, m3

1. Vrlo mali do 10 do 100

2. Mali 10-100 100-1 000

3. Srednje veličine 100-1 000 1 000-100 000

4. Veliki 1 000-100 000 100 000-1 000 000

5. Vrlo veliki > 100 000 >1 000 000

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

18

Podela odrona prema veličini, odnosno zapremini (po Zolotarjevu)

Pojedinačno otkidanje (n) do 10 m3 (n)Pojedinačne gromade 10-100 m3

Mali odroni 100-1 000 m3

Odroni srednje veličine (n)x103-104 m3

Krupni odroni (n)x105 m3

Grandiozni odroni (katastrofalni)

(n)x106-107 m3

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

19

Podela odrona prema mestu događanja (Janjić,1979)

• Odroni u padini• Odroni u kosini• Odroni u obali

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

20

Postoje različiti vidovi odronjavanja stenskih masa:

• Početno rotiranje, zatim padanje bloka,• Kliženje pa padanje,• Kotrljanje pa padanje,• Padanje pa kotrljanje,• Padanje pa osipanje,• Kliženje pa padanje, a zatim ponovo kliženje

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

21

• Prikupljanje geoloških podataka na terenu- merenjem, osmatranjem, kartiranjem i izvođenjem istražnih radova

• Osnovna svojstva stenskih masa -sastav, struktura i tekstura stenske mase, ispucalost i čvrstoća na smicanje stenskih masa

• Kako do loma dolazi delom duž diskontinuiteta, a delom duž monolitnog dela razlikujemo: čvrstoću na smicanje duž diskontinuiteta i čvrstoču duž monolitnog dela stenske mase

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

22

Osnovne vrste loma u stenskim masama

• Kružni• Ravan• Klinast• Vertikalno odvaljivanje

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

23

• Kružni lom je karakterističan za jako ispucale stenske mase koje su slabe i sa pukotinama na veoma malim rastojanjima

• Ravan lom se javlja u stenskim masama koje sadrže dominantne pukotine koje padaju ka kosini i pružaju se paralelno sa čelom kosine

• Klinast lom se javlja u stenskim masama sa dve dominantne familije pukotina. Ovaj lom je najčešći

• Vertikalno obrušavanje se javlja u stenama koje imaju diskontinuitete koji se strmo i duboko pružaju u kosinu. Do loma dolazi po diskontinuitetima i oni su paralelni sa čelom kosine

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

24

• Projektovanje sanacionih mera kod kosina u čvrstim stenskim masama zavisi od konkretnih uslova na terenu i ne može se dati univerzalno rešenje

• Svaki slučaj je jedinstven i zavisiće od niza faktora kao što su vrsta stenske mase, visina kosina, količina i krupnoća odronjenog materijala

• Zbog toga je zadatak inženjera geotehnike da nađe bezbedno i ekonomično rešenje problema u konkretnom slučaju

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

25

Za prognozu razvoja odrona koristi se koeficijent ugroženosti Ku (Lomtadze, 1976)

Ku=Xt/XfGde su:Xt-daljina dokle dospeva stena otkinuta od svog

korena, pri odronjavanjuXf-projektovana osmatrana površina, ili dužina

proizvoljno posmatranog dela terena za koji se određuje urgoženost In

ženj

ersk

a ge

odin

amik

a

26

Lansirna daljina Lo

- Za vertikalnu kosinu padine

- - Za nagnutu kosinu padine

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

27

Gde su:• Lo- lansirna daljina (m)• H- visina kosine prirodne padine• α- nagib veštački formirane kosine ili prirodne

padine• g- ubrzanje sile zemljine teže• β- ugao odletanja otkinutih komada• v- brzina kretanje stenskih masa pri obrušavanju,

tj. početna brzina lansiranja

Za ugao β preporučuje se 90-α/2

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

28

• Utvrđivanjem lansirne daljine odronjenog materijala može se za sve labilne blokove kod projektovanja useka i zaseka putnih saobraćajnica, utvrditi neophodna zona zaštite u zavisnosti od nagiba projektovane kosine i njene visine.

• U tebeli su date vrednosti širine zaštitne zone za različite kosine koje se sreću u praksi (Lomtadze, 1976):

Nagib kosine

Visina kosine (m)12 20 30 40 50

90° 3.5 6.0 12.0 12.0 15.080° 3.5 5.5 8.0 11.0 14.070° 3.0 5.0 7.5 10.0 13.060° 2.5 4.5 7.0 9.0 12.050° 2.5 4.5 6.5 8.5 11.040° 2.5 4.0 6.0 8.0 10.0

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

29

4.2. Analiza stabilnosti kosina• Analitičke metode analize stabilnosti kosina zasnivaju se na

klasifikaciji stenskih masa.• RMR klasifikacija (Rosk Mass Rating)-BianiewskiZasniva se na sledećim parametrima:- Jednoaksijalna čvrstoća na pritisak- Indeks kvaliteta jezgra (RQD)- Razmak diskontinuiteta- Stanje diskontinuiteta- Stanje podzemne vode- Orjentacija pukotinaZa potrebe ove klasifikacije stenska masa se podeli na približno

uniformne zone, a zatim se za svaku zonu daje procena parametara. Granice zona su uglavnom pravci glavnih diskontinuiteta ili granice različitih stena. Konačna vrednost jeste srednja vrednost parametara.

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

30

Analiza mogućnosti od odrona (RHRS)- Rock Hazard Rating System

Svrha ove klasifikacije je identifikacija kosina koje su opasne i zahtevaju hitne dodatne mere ili dalja istraživanja.

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

31

Dijagram bodova u odnosu na visinu kosine (Hoek, 2007)

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

32

• Prema Hoek-u sve kosine sa ukupnim brojem bodova menjim od 300 su ocenjene kao kosine malog prioriteta, dok kosine sa brojem bodova većim od 500 zahtevaju hitne mere.

• Analiza stabla događaja – u ovoj analizi je verovatnoća dešavanja dodeljena svakom parametru koji može dovesti do hazarda.

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

33

• Linija na dijagramu označena kao BC Hydro društveni rizik predstavlja godišnju mogućnost hazarda (prema lomovima brane) od 0.001 života/godini odnosno 1 život u 1000 godina. Ova linije prema Hoek-y može direktno da se primeni na kosine u stenskim masama. Ta tačka predstavlja BC Hydro individualni rizik od 1 u 10.000

• Klasifikacija RHRS i analiza stabla događaja su grubi sistemi za analizu, dok iskustvo inženjera može imati presudan uticaj

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

34

Numeričke metode analize stabilnosti kosina

• Nagli razvoj informatike doveo je do široke primene računara i računarskih softvera. Samim tim oni su našli primenu i kod rešavanja ovakvih vidova inženjerskih problema.

• Prednosti ovakvih analiza:- Vreme za analizu je znatno kraće- Kompjuterska rešenja su detaljnija od računskih- Mogućnost greške svedena na minimum- Rešenja se lako dokumentuju i reprodukuju- Moguće je uraditi više varijanti i proređenje rezultata je

veoma kratko

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

35

Metode sanacije

• Ojačanje, uklanjanje nestabilnog materijala i zaštita

• Uklanjanje nestabilnog materijala• smanjenju nagiba i rasterećenju• kavanje• odvajanje individualnih blokova od

stena

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

36

Zaštita odrona mlaznim betonom

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

37

Zaštita od odronjavanja -torkret

Loše strane ovog vida zaštite

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

38

Zaštita žičanom mrežom

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

39

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

40

Loše strane ovakvog vida zaštite

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

41

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

42

Zaštita gabion zidom

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

43

Zaštita AB zidom i AB galerijom

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

44

Prstenasta mreža

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

45

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

46

• Sanacione mere za lokalizovanje i trajno umirivanje ovih procesa su vrlo složene, a izbor metoda i tehničkih rešenja mora se utvrđivati za svaku pojedinačnu pojavu posebno, pri čemu se naglašava da šematska, jednom primenjena rešenja ne mogu biti usvojena i za sve druge slične pojave

• Sa tehničkog aspekta sprečavanje pojave odrona praktično je nemoguće ili je vrlo teško. Međutim, na bazi inženjerskogeoloških podataka mogu se identifikovati zone odrona, zoniranjem prema verovatnoći njihovog pojavljivanja

Inže

njer

ska

geod

inam

ika

47