POBOLJSANJE_STENSKIH_MASA_sve_ROCK_IMPRO.pdf

1/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

MSc Mirko Stanković, dipl. inž.

POBOLJŠANJE STENSKIH MASA -sve
(ROCK IMPROVEMENT - all)

Beograd, juli 2021. god.

Ojačanje
(Armiranje) tla
Mehanička
stabilizacija tla
(MSE)
Geosintetici
Injektiranje
Vibroflotacija
stubova
Zemljana
sidra
Kameni
stubovi
Biološki
(npr. korenje)
Poboljšanje tla
Zbijanje
Duboko dinamičko
zbijanje
Kompaktno
injektiranje
Elektro osmoza
Miniranje
Predopterećenje
Tretman (Obrada)
tla
Leteći pepeo
(Fly ash)
Cementno tlo
(Soil cement)
Grejanje/ Zamrzavanje
(Heating/freezing)
Dodaci kreča
(Lime adxmixture)
Odvodnjavanje
(Dewatering)
Metode za poboljšanje tla
Torkretiranje
Zamrzavanje

2/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Naše vrline i naši neuspesi su neodvojivi, poput sile i materije. Kada se razdvoje, više nije čovek.
Nikola Tesla

Posvećeno mojoj porodici: supruzi MD Snežani, ćerkama - master d.i.a Maji i MD
Sanji, koje su mi svesrdno pomagale i izdržale moju “tiraniju”tokom pisanja ovog rada.
Takođe sam zahvalan roditeljima koji su me školovali u teškim uslovima.

Posebnu zahvalnost i Sizifu koji me je naučio upornosti…

Sizif je vrlo predano radio svoj posao i postao pojam.
Hvala, Sizife!

3/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Kao inženjer u Direkciji za investicione radove, Beograd, Balkanska 53, VP 4479 -
odelenje VGU Split - VP 4416, direktno sam projektovao i rukovodio ugradnjom na oko
60.000 m
2
torkreta, oko 25.000 ankera i preko 15.000 m
2
betonskih obloga tunela. Većina
ovih površina je na saobraćajnicama, najčešće useci i tuneli, ali i na podzemnim
objektima tipa „Strela“, „Jastog“, „KM“... najčešće uz primenu klinastih i ekspanzionih
ankera a nešto manje perfo ankera i geotehničkih sidara.

4/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
SADRŽAJ:

UVOD……………………………………………………………………………… …………… 8
1. Pojam građevine i postupaka geotehničkih melioracija……………………………………… . 11
2. Metode poboljšanja stenskih masa - podela postupaka geotehničkih melioracija……………. 12
1. Poboljšanje stenskih masa - postupci geotehničkih melioracija.............................................. 22
1.1. Injektiranje ............................................................................................................................ 22
1.1.1. Kontaktno injektiranje - klakaža .......................................................................................... 28
1.1.2. Vezno injektiranje.................................................................................................................. 29
1.1.3. Zaptivno - periferno injektiranje.......................................................................................... 29
1.1.4. Konsolidaciono (kompaktno) injektiranje............................................................................. 32
1.1.5. Naponsko (mlazno) injektiranje............................................................................................ 45
1.1.6. Lokalno injektiranje.............................................................................................................. 62
1.1.7. Primena injektiranja u građevinarstvu (sistemi i tehnologije injektiranja)........................... 63
1.1.8. Injekcione mase..................................................................................................................... 79
1.2. Sidrenje (ankerisanje) stenskih masa................................................................................... 86
1.2.1. Naponsko stanje stenskih materijala................................................................................. 89
1.2.1.1. Opšta razmatranja.............................................................................................................. 89
1.2.1.2. Naponi u stenskoj masi....................................................................................................... 91
1.2.1.3. Hek - Braunov (Hoek- Brown) kriterijum sloma................................................................ 92
1.2.1.4. Analiza i definicija napona................................................................................................ 97
1.2.1.5. Osnovna teoretska razmatranja primarnog naponskog stanja............................................ 98
1.2.1.6. Primarno naponsko stanje.............................................................................................. 98
1.2.1.6.1. Hajmova (A. Heim) hipoteza......................................................................................... 103
1.2.1.6.2. Tercagijev (K.Terzaghi) pristup - razmatranje...............................................................103
1.2.1.6.3. Zaključna razmatranja ..................................................................................................106
1.2.1.7. Sekundarno naponsko stanje.........................................................................................106
1.2.1.7.1. Stabilan otvor nepodgrađene horizontalne podzemne prostorije...................................108
1.2.1.7.2. Nestabilan otvor nepodgrađene horizontalne podzemne prostorije.............................. 109
1.2.1.7.3. Karakteristična kriva stenske mase............................................................................... 114
1.2.1.8. Metode rešavanja geotehničkih problema.........................................................................116
1.2.2. Stabilizacija stenskih masa (engl. rock stabilization)....................................................... 119
1.2.2.1. Osnovni efekti i tehnike iskopa u stenskoj masi............................................................... 119
1.2.2.2. Uticaj podzemnog iskopa na stenski masiv.......................................................................121
1.2.2.3. Delovanje iskopa na stensku masu....................................................................................123
1.2.2.4. Strategija stabilizacije.....................................................................................................126
1.2.2.4.1. Principi stabilizacije stenske mase (engl. rock stabilization).........................................126
1.2.2.4.2. Karakteristična linija (kriva) stenske mase.....................................................................128
1.2.3. Mehanizmi loma..................................................................................................................135
1.2.3.1. Hek - Braunov (Hoek-Brownov) kriterijum čvrstoće........................................................139
1.2.4. Podgrađivanje (podupiranje) stenske mase (rock support).............................................142
1.2.4.1. Teorijske osnove za NATM - metoda konvergencije-relaksacije..................................... 144
1.2.4.2. Proračun koeficijenta (faktora) stabilnosti (FS)................................................................. 151
1.2.4.3. Geološkog indeksa čvrstoće - Geological Strength Index (GSI)....................................... 154
1.2.4.4.Podgrađivanje (rock support)..............................................................................................166
1.2.4.5. Principi podgrađivanja........................................................................................................172
1.2.4.6. Interakcija stena-podgrada (Rock-Support interaction)..................................................... 183
1.2.4.7. Neke odredbe Evrokoda 7................................................................................................ 188
1.2.4.7.1. Principi podgrađivanja - primena Evrokoda 7 na proračun podgrade............................ 189
1.2.4.7.2. Bieniawski (1989) - RMR klasifikacija (Rock Mass Rating)........................................ 192
1.2.4.7.3. Preporuke za podgrađivanje tunela................................................................................. 195
1.2.5. Tehnike sistemi ojačanja stenske mase............................................................................. 202
1.2.5.1. Prenos opterećenja u sistemu ojačanja............................................................................... 202
1.2.5.2. Primarna i sekundarna podgrada tunela............................................................................. 203

5/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.5.2.1. Elementi primarne podgrade........................................................................................... 205
1.2.5.2.2. Sekundarna podgrada - obloga........................................................................................ 206
1.2.5.2.3. Injektiranje šupljina u svodu........................................................................................... 207
1.2.6. Strategija stabilizacije......................................................................................................... 212
1.2.6.1. Koncept sistema ojačanja................................................................................................... 212
1.2.6.1.1. Koncept sistema ojačanja - sidrenje stenske mase.......................................................... 212
1.2.6.1.2. Stenska sidra i kablovi..................................................................................................... 213
1.2.6.2. Teorijske osnove................................................................................................................ 213
1.2.7. Sidra (ankeri) - način prenosa sile u tlo............................................................................ 219
1.2.7.1. Proračun sidra..................................................................................................................... 219
1.2.7.2. Princip sidrenja i njegove karakteristike............................................................................ 220
1.2.7.3. Ponašanje štapnih sidara u stenskoj masi........................................................................... 224
1.2.7.3.1. Lom u steni (Failure in the rock)...................................................................................226
1.2.7.3.2. Lom smicanjem po spoju injekcionog (sidrenog) tela i tetive......................................... 228
1.2.7.3.3. Lom na spoju stena - ispuna (injekciona masa)............................................................. 230
1.2.7.3.4. Lom po spoju injekcionog (sidrenog) tela i tla/stene...................................................... 231
1.2.7.3.5. Lom adhezije na spoju čelika i ispune (injekcione mase)............................................... 234
1.2.7.3.6. Lom adhezije na spoju betona i čelika............................................................................ 234
1.2.7.3.7. Lom na zatezanje čelične tetive ili njenih komponenti.................................................... 235
1.2.7.4. Proračun radne sile (Sr) - "projektovana otpornost (nosivost)"...................................... 237
1.2.7.4.1. Podgradni otpor po Farmeru.......................................................................................... 243
1.2.7.4.2. Podgradni otpor po Feneru............................................................................................. 244
1.2.7.4.3. Podgradni otpor po Sattleru........................................................................................... 244
1.2.7.4.4.Proračun elemenata sidrenja (ankerisanja).................................................................... 245
1.2.8. Analiza stabilnosti na kosom (nagnutom) diskontinuitetu.............................................. 251
1.2.8.1. Mehanizmi loma kosina.................................................................................................... 251
1.2.8.2. Faktor sigurnosti kod metoda graničnog ravnotežnog stanja............................................. 254
1.2.8.3. Delovi sidra i koncept preuzimanja sile u sidru................................................................. 261
1.2.8.4. Proračun nosivosti geotehničkog sidra.............................................................................. 267
1.2.8.5. Predanprezanje sidara........................................................................................................ 270
1.2.8.6. Ispitivanje sidra.................................................................................................................. 273
1.2.9. Sidrenje stenskih masa........................................................................................................ 275
1.2.9.1. Podela sidara (ankera) - vrste sidara i način prenosa sila u tlo.......................................... 279
1.2.9.2. Osnovni elementi sidra....................................................................................................... 287
1.2.9.3. Zemljana sidra - klasifikacija zemljanih sidara (ankeri tla).............................................. 292
1.2.9.4. Tipovi sidara....................................................................................................................... 297
1.2.9.4.1. Štapna sidra..................................................................................................................... 299
1.2.9.4.1.1. Klinasto sidro............................................................................................................... 299
1.2.9.4.1.2. Perfo sidro.................................................................................................................... 299
1.2.9.4.1.3. Ekspanziono sidro sa čellčnom glavom (navojna sidra) ............................................. 300
1.2.9.4.1.4. Cevasta sidra................................................................................................................ 301
1.2.9.4.1.5. „SN“ sidra................................................................................................................... 302
1.2.9.4.1.6. Samobušeća sidra IBO (injection-bore-bolt) .............................................................. 302
1.2.9.5. Stenska sidra i kablovi....................................................................................................... 303
1.2.9.5.1. Sidra sa mehaničkim usidrenjem.................................................................................... 303
1.2.9.5.2. Injektirana sidra.............................................................................................................. 304
1.2.9.5.3.Samobušeća injektirana sidra IBO (injection-bore-bolt)............................................... 307
1.2.9.5.4.Sidra koja nose na trenje (frikciona sidra)..................................................................... 309
1.2.9.5.4.1. Sidra sa uzdužnim prorezom (Split set sidra).............................................................. 309
1.2.9.5.4.2. Swellex sidra................................................................................................................ 310
1.2.9.5.5. Sidra od čvrstih plastičnih masa...................................................................................... 312
1.2.9.5.6. Popustljiva sidra.............................................................................................................. 312
1.2.9.6. Sidra pletena od čeličnih niti - "kablovska" sidra ("cabelbolt")........................................ 314
1.2.9.6.1. Geotehnička sidra ("cabelbolt")..................................................................................... 315

6/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.10. Merenje pomeranja unutar stenske mase...................................................................... 320
1.2.10.1. Merenje pomeranja unutar stenske mase......................................................................... 322
1.2.11. Korozija sidra - degradacija (Degradation)...................................................................... 324
1.3. Torkretiranje ......................................................................................................................... 327
1.3.1. Suvi postupak........................................................................................................................ 328
1.3.2. Mokri postupak..................................................................................................................... 328
1.4. Zamrzavanje tla ..................................................................................................................... 333
1.4.1. Principi zamrzavanja tla.........................................................................................................333
1.4.2. Vrste metoda zamrzavanja tla .............................................................................................. 334
1.4.2.1. Direktna metoda - upotreba tečnog azota (LN2) ...............................................................335
1.4.2.2. Indirektna metoda - zamrzavanje sonim rastvorom .........................................................336
1.4.2.3. Mešovita metoda ...............................................................................................................336
1.4.3. Oprema za zamrzavanje (Freezing equipments) ...................................................................341
1.5. Odvodnjavanje (Dewatering) - dreniranje (drainage) ........................................................345
1.5.1. Vidovi podzemnih voda ....................................................................................................... 347
1.5.2. Osnovni princip odvodnjavanja.............................................................................................351
1.5.3. Sistemi odvodnjavanja.......................................................................................................... 362
1.5.3.1. Linijski sistemi depresiranja ……………………………………………………………..366
1.5.3.2. Tačkasti sistemi depresiranja vode bunarima …………………………………………....368
1.5.3.3. Kombinovane drenaže ………………………… ……………………………….................369
1.5.4. Vrste bunara .........................................................................................................................370
1.5.4.1. Igla (iglo) - filteri (Wellpoints) ...........................................................................................370
1.5.4.2. Duboki bunari sa potopnim pumpama (Deepwell Dewatering) .........................................374
1.5.4.3. Ejektorski (eduktorski) bunari ............................................................................................376
1.5.4.4. Horizontalno odvodnjavanje - horizontalni sistem bunara ................................................378
1.5.4.5. Kosi bunari .........................................................................................................................379
1.5.4.6. Gravitacioni i vakuum bunari .............................................................................................380
1.6. Zbijanje.....................................................................................................................................383
1.6.1. Proktorov (Proctor) opit ........................................................................................................387
1.6.2. Kaliforniji indeks nosivosti (California Bearing Ratio - CBR) ............................................391
1.6.2.1. Dinamički CBR test.............................................................................................................393
1.6.3. Standardni penetracioni opit SPT (Standard PenetrationTest) .............................................393
1.6.3.1. Dinamički konusni Penetrometar (Dynamic Cone Penetrometer DCP)............................. 395
1.6.4. Ispitivanje gustine nuklearnim meračem (nuklearni denzimetar) ...................................... 397
1.6.5. Opit kružnom pločom ........................................................................................................... 397
1.6.6. Vrste materijala s obzirom na zbijenost ............................................................................... 401
1.6.7. Metode zbijanja u raznim vrstama tla ..................................................................................402
1.6.7.1. Sredstva za zbijanje tla .......................................................................................................408
1.6.7.1.1. Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje ...................................408
1.6.7.1.2. Metode dubokog zbijanja u raznim vrstama tla ...............................................................411
1.6.7.2. Vibro zbijanje (Vibro compaction) .................................................................................... 412
1.6.7.3. Dinamičko zbijanje (Dynamic compaction) ili (dynamic deep compaction) ..................... 420
1.6.7.4. Brzo zbijanje udarom (Rapid Impact Compaction - RIC) ................................................. 426
1.6.7.5. Zbijanje valjkom visokog udara (RDC - HIRC) .................................................................431
1.6.7.6. Krute inkluzije - Rigid Inclusions (RI) ...............................................................................434
1.6.7.7. Vibro zamena - šljunčani stubovi (piloti, šipovi) (stone columns) .....................................439
1.6.7.7.1. Metoda suvog punjenja sa vrha (Dry - top feed method - system) ................................443
1.6.7.7.2. Metoda suvog punjenja (dodavanja) sa dna (Dry bottom feed system) .........................444
1.6.7.7.3. Metoda mokrog punjenja sa vrha (Wet-top feed method) ...............................................445
1.7. Poboljšanje tla predopterećenjem i konsolidacijom........................................................... 450
1.7.1. Raspodela napona u tlu ..................................................................................................... 452
1.7.1.1. Krive vremenskog toka sleganja ....................................................................................... 458
1.7.2. Ubrzavanje konsolidacije - predopterećenje i drenovi ................................................... 462
1.7.2.1. Predopterećenje - Ubrzanje konsolidacije I način - predopterećenje ............................. 463

7/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2.1.1. Prethodno opterećenje bez vertikalnih drenova ............................................................. 464
1.7.2.1.2. Predopterećenje uz primenu vertikalnih drenova .......................................................... 467
1.7.2.2. Vertikalna drenaža, II način - radijalna konsolidacija .................................................... 468
1.7.2.2.1. Razvoj teorije vertikalnog odvoda ................................................................................. 470
1.7.2.2.2. Ekvivalentno rešenje ravne deformacije ........................................................................ 474
1.7.2.3. Faktori koji utiču na konsolidaciju tla oko PVD-a ........................................................... 479
1.7.2.3.1. Parametri tla ch i kh ........................................................................................................ 479
1.7.2.4. Teorije vertikalnog odvoda (dreniranja) - Teorije radijalne konsolidacije ..................... 480
1.7.2.4.1. Ekvivalentni prečnik drena (odvoda) ............................................................................. 480
1.7.2.4.2. Prečnik poremećene zone (ds) ....................................................................................... 481
1.7.2.4.3. Prečnik zone uticaja ....................................................................................................... 482
1.7.2.4.4. Efekat prelazne zone (transition zone) ........................................................................... 483
1.7.2.4.5. Kapacitet odvodnjavanja - pražnjenja ........................................................................... 484
1.7.2.4.6. Otpor drena (Well resistance) ....................................................................................... 485
1.7.2.4.7. Efekat sloja „prostirke“ od peska ................................................................................. 486
1.7.3. Ubrzanje konsolidacije ...................................................................................................... 487
1.7.3.1. Izbor PVD-a ...................................................................................................................... 488
1.7.3.1.1. Prefabrikovani (montažni) vertikalni drenovi ................................................................ 490
1.7.3.2. Ugradnja PVD ................................................................................................................. 492
1.7.4. Stabilizacija tla vakuumskim predopterećenjem - Vakuumska konsolidacija ............ 493
1.7.4.1. Sistem vakuumskog predopterećenja ................................................................................ 495
1.7.4.1.1.Membranski system ......................................................................................................... 495
1.7.4.1.2. Bez-membranski system ................................................................................................. 496
1.7.5. Izrada šljunčanih stubova (detaljniji opis dat je u poglavlju 1.6) .................................... 498
1.8. Poboljšanje (stabilizacija) tla sa dodacima.......................................................................... 501
1.8.1. Stabilizacija vezivima ........................................................................................................ 505
1.8.1.1.Stabilizacija tla krečom ...................................................................................................... 507
1.8.1.2 Stabilizacija tla cementum ................................................................................................ 511
1.8.1.3. Stabilizacija bitumenom .................................................................................................... 514
1.8.1.4. Stabilizacija pepelom ........................................................................................................ 516
1.8.1.5. Mehanička poboljšanja slabo granulisakog tla ................................................................ 516
1.8.1.6. Stabilizacija pomoću geosintetika - geotekstila i tkanina - geopletiva ............................. 517
1.8.2. Stabilizacija tla pomoću dodataka .................................................................................... 525
1.8.2.1. Hemijski postupci .............................................................................................................. 526
1.8.2.2. Poboljšanje tla sa dodacima - plitko mešanje tla (SCM) .................................................. 528
1.8.2.3. Metode dubokog mešanja - kratak uvod u duboko mešanje tla ........................................ 532
1.8.2.3.1. Metode dubokog mešanja tla - mokro mešanje (Wet Mixing) ....................................... 539
1.8.2.3.2. Metode dubokog mešanja tla - suvo mešanje (Dry Mixing) .......................................... 543
1.8.2.3.3. Postupci izrade .............................................................................................................. 545
1.9. Poboljšanje tla metodom primene eksploziva - (mikrominiranja) ..................................... 552
1.9.1. Teorijska analiza .................................................................................................................. 557
1.10. Elektrokinetička stabilizacija (EK) - Elektrohemijsko očvršćavanje tla ........................... 561
1.10.1. Principi elektrokinetičkih pojava ................................................................................... 563
1.10.1.1. Elektroliza ....................................................................................................................... 563
1.10.1.2. Elektroosmoza ................................................................................................................ 564
1.10.1.3. Elektroforeza .................................................................................................................. 568
1.10.1.4. Elektromigracija ............................................................................................................. 568
1.11. Mlazno injektiranje - cementiranje (Jet Grouting) ........................................................... 569
1.12. Armiranje tla - Primena geosintetika u poboljšanju stenskih masa .................................... 573
Zaključak ...................................................................................................................................... 588
Literatura ........................................................................................................................................ 591

8/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
UVOD

Velika većina građevinskih materijala proizvedeno je od prirodnih ili veštačkih
jednorodnih ili višerodnih materijala sa unapred definisanim i zahtevanim tehno-
ekonomskim svojstvima. Jedino drvo i tlo (stena i zemlja - stenski materijal) su čisto
prirodni „proizvod“ i njihova tehno-ekonomska svojstva su „stečena“.

Laboratorijskim i drugim ispitivanjima samo se potvrđuju svojstva koja proizvod ima i
treba imati. Sa potpuno pozantim materijalom projektuju se i izvode zamišljeni i
projektovani objekti - građevine. Međutim, stena (stenski materijal) je starija (milioni
godina) i kompleksnija radna sredina koja je pretrpela brojna mehanička, hemijska i
termalna delovanja.

Stenski materijal (stena) u građevinarstvu se koristi kao:
materijal od kojeg se gradi (arhitektonski, ukrasni i građevinski kamen),
materijal u kojem se gradi (razni iskopi - podzemni i površinski),
materijal na kojem se gradi (temeljenje tačkastih i linijskih objekata).

Upotreba stena kao materijala od kojeg se gradi je najlakši inženjerski problem vezan za
korišćenje stene kao građevinskog materijala jer je činjenica da stenu (kamen) možemo
birati sa kojom ćemo graditi. Različite građevine postavljaju i definišu različite zahteve i
uslove pred stenom. Na primer, nasip lokalne saobraćajnice (puta) može se graditi od
stene lošijeg kvaliteta, međutim, stena kojom se oblaže fasada zgrade, mora zadovoljiti
vrlo visoke kriterijume kvaliteta.

Daleko teži problem je građenje u i na steni. Naime, kod ovih radova najčešće nismo u
mogućnosti birati stenu - radnu sredinu već moramo graditi u steni kakva se nalazi u
prirodi - in situ. Dakle, moramo se suočiti sa stenom kakva je u prirodi a ona je:
• heterogena,
• anizotropna,
• ispucala,
• prirodno napregnuta.

Samo kod vrlo važnih, zahtevnih i skupih građevina kao što je, na primer, podzemno
skladište nuklearnog otpada, podzemna skladišta gasa, ... mora se istražiti više lokacija i
nakon toga odabrati ona najbolja. Međutim, lokaciju nekog tačkastog objekta - zgrade
nećemo menjati bez obzira na kvalitet stene već moramo tražiti načine temeljenja koji će
osigurati stabilnost i trajnost zgrade, tj. vršiti poboljšanje tehničkih karakteristika te
stenske mase. Kod linijskih objekata - trase saobraćajnica (puteva, železnica, aerodroma,
vodovoda, gasovoda...) može se lokalno izbeći neka zona izrazito loše stene makar se
menjali neki zahtevani projektni elemenati trase iako su takve situacije sve ređe.

Inženjerskim (građevinskim) zahvatom prirodno stanje napona radne sredine biće
poremećeno zato, kao inženjeri (graditelji), moramo odrediti svojstva materijala kako bi
mogli projektovati i izgraditi građevinski objekat.

Poznato je da ispucalost stenske mase uslovljava - „kontroliše“ stabilnost građevina blizu
površine dok prirodni naponi usljovljavaju - „kontrolišu“ stabilnost dubokih građevina.
Na primer, stabilnost temelja betonske brane ili mosta, zavisiće od deformabilnosti i
vodopropusnosti temeljne stene (kod brana) koja je u funkciji njene ispucalosti. Slično je
i sa plitkim površinskim iskopima i plitkim tunelima. Međutim kod srednje dubokih

9/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
tunela u slaboj steni ili kod dubokih tunela (npr. južnoafrički rudnici zlata), prirodni
naponi, koji će se građevinskim zahvatom poremetiti, postaju glavni problem.

Dakle, medij - radna sredinau kojem ili na kojem se gradi, sastavljena je od ispucale,
prirodno napregnute stene. Ovakav prirodni medij nazivamo stenskom masom.

Radi lakšeg razlikovanja elemenata stenske mase, „zdravu“ stenu obično nazivamo
intaktnom stenom dok „ispucalu“ opisuju diskontinuiteti različitih tipova igeneze.

Intaktna stena (intact rock) je materijal stenske mase, predstavljen tipično celim
jezgrom iz bušotine koje ne sadrži guste strukturne diskontinuitete - pukotine (ISRM,
1975).

Stenska masa (rock mass) je „prirodna“ stena, tj. in-situ, uključujući njene strukturne
diskontinuitete (ISRM, 1975).

Diskontinuitet (discontinuity)- opšti naziv za bilo koji mehanički diskontinuitet u
stenskoj masi koji ima malu ili nikakvu zateznu čvrstoću. To je zajednički termin za
većinu tipova pukotina, slojnih površina, površina škriljavosti kao i za oslabljene zone i
rasede. Skup paralelnih diskontinuiteta čini set diskontinuiteta (ISRM, 1978).

Sl.1:- Stenska masa: mala gustina diskontinuiteta - 1i velika gustina diskontinuiteta-2

Pojmom poboljšanje svojstava tla i stena (eng. ground improvement, engineering
treatment, ground modifications) obuhvaćene su razne tehnike i metode koje se sprovode
radi poboljšanja geotehničkih osobina kako bi se omogućila izgradnja različitih objekata.
Sobzirom da su tzv. „dobre“ lokacije za izgradnju već iskorišćene, javila se potreba za
korišćenjem lokacija koje „nisu povoljne“ što je „nateralo“ - proizvelo i ubrzalo razvoj
metoda poboljšanja svojstava stenskih masa (tla i stena). Pri izgradnji objekata na
nepovoljnim lokacijama najčešće se nailazi na probleme vezane uz nedovoljnu čvrstoću,
i kao posledica toga nedozvoljeno velike deformacije ili lom materijala, kao i probleme
koji nastaju zbog prisutnosti vode u tlu (hidraulični lom, bujajuća i kolapsibilna tla).

Tipičan i veoma poznat primer izgradnje na nepovoljnoj lokaciji je kosi toranj u Pizi,
Italija (sl.2). Na slici prikazan je sastav tla na mestu izgradnje i razvoj sleganja u odnosu
na vreme.
Tehnikama poboljšanja tla i stena zapravo želi se povećanje njihove čvrstoće ili umanjiti
tj. eliminisati nepovoljan uticaj vode i pukotina (diskontinuiteta).

10/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Metode i tehnike poboljšanja mogu biti privremene ili trajne. U prvom slučaju efekti
poboljšanja svojstava traju relativno kratko (obično samo u fazi izgradnje objekata, npr.
zamrzavanje tla, sniženje nivoa podzemnih voda - NPV) dok se u drugom slučaju efekti
zadržavaju kroz duži vremenski period ili do kraja trajanja objekta (npr. injektiranje,
armiranje, dinamičko zbijanje).

Osnovne metode poboljšanja svojstava tla su: dreniranje, zbijanje (povećanje gustine),
cementiranje (povezivanje čestica npr. kod injektiranja), armiranje (geosintetici, sidra),
sušenje, promene temperature.

Metode i tehnike poboljšanja značajno su se razvile u prošlom veku, ne samo zbog
potrebe gradnje na „lošim tlima“, nego i zbog pojave uređaja i mašina koji su omogućili

11/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
postizanje boljih efekata (npr. vibro-zbijanje) ili zbog pojave novih tehnika (npr. mlazno
injektiranje, ekserisanje tla“). Tehnike poboljšanja stalno se razvijaju, a među najnovije
ubrajaju se: armirano i ekserisano tlo, kao i upotreba geosintetičkih materijala.

Ideja, želja i namera ovog pisanog materijala je dati pregled i osnovne karakteristike
odabranih tehnika-metoda poboljšanja stenskih masa - tla, odgovoriti na pitanje u kojim
uslovima i vrstama materijala se pojedine tehnike poboljšanja mogu uspešno primenjivati
i kako se raznim metodama merenja (monitoringom) može proveriti učinak i efikasnost
primenjenih metoda.

1. Pojam građevine i postupaka geotehničkih melioracija

Građevinski objekat (građevina) je sklop povezan sa tlom namenjen da zadovolji neke
ljudske potrebe, a nastao je građenjem uz upotrebu različitih materijala.

Prema potrebama koje zadovoljavaju, građevinski objekti se dele na:
- stambene - kuće, zgrade, slično…
- poslovne i javne - škole, bolnice, pozorišta, muzeji,...
- inženjerske - brane, elektrane, dalekovodi, naftovodi, gasovodi, luke, plovni kanali,
vodovodi…
- specijalne - mostovi, tornjevi, odašiljači...
- saobraćajne - putevi, železnice, aerodromi, plovni kanali...
- industrijske - fabrike, skladištra, distributivni centri, brodogradilišta...
Građenje je stvaranje materijalnih dobara više upotrebne vrednosti u obliku građevinskog
objekta neprofitne ili profitne namene.

Građenje, kao neposredna proizvodna delatnost, obuhvata sledeće tehnološke faze:

 Izvođenje građevinskih radova (priprema građenja i građenje novih konstrukcija i
građevina):
 Pripremni radovi (zemljani radovi - iskopi,useci, nasipi; uređenje gradilišta -
privremeni objekti, prilazni i transportni putevi...).
 Glavni građevinski radovi (tesarski radovi, armirački radovi, betonski radovi,
metalni radovi...).
 Završni (zanatski) radovi (stolarski, bravarski, električarski,vodoinstalaterski, keramičarski).

Građenje, kao neposredna proizvodna delatnost, realizuje:

 Izgradnju, rekonstrukciju ili (na)dogradnju postojećih konstrukcija i/ili celih
konstrukcija prethodno rušenje konstrukcija, (dela) građevina, i recikliranje
građevinskog otpada.

 Građevinske montažerske radove: opreme, građevinskih elemenata i konstrukcija.

Oblasti odvijanja građenja, kao neposredne "proizvodne" delatnosti, su:
- visokogradnja,
- niskogradnja i
- složena gradnja.
Građenje u tlu i od tla je staro koliko i istorija čovečanstva, ali se do početka 19. veka
zasnivalo uglavnom na iskustvu. Brži industrijski razvoj početkom 19. veka postavio je
velike zahteve pred graditeljima koji se moraju izuzetno poznavati i poštovati.
Bez obzira na vrstu, način i potrebu građenja i najmanjeg objekta, neophodno je znati
gde, na čemu i od čega se gradi objekat, tj. treba izabrati lokalitete koji su povoljni za
građenje i eksploataciju objekata.

12/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
2. Metode poboljšanja stenskih masa - podela postupaka geotehničkih melioracija

Neimari (graditelji) oduvek su težili cilju da izaberu lokalitete koji su povoljni za građenje
i eksploataciju objekata. Od izgradnje objekata na nepovoljnim terenima se najčešće
odustajalo. Zato i nije bilo potrebe da se vrše poboljšavanja svojstava terena, a kada je to
i činjeno bilo je najčešće privremenog karaktera i mahom sa ciljem da se obezbede
samo povoljniji i bezbedniji uslovi pri građenju (npr. skretanje toka reke Eufrat).
Trajna poboljšanja svojstava terena ređe su primenjivana, ali ima i takvih primera
(npr. poboljšanje tla pobijanjem šipova kod temeljenja mnogih građevina u Holandiji,
Italiji- Venecija… i drugde, u Srednjem veku i kasnije.

Nnajčešći problemi na koje se nailazi na geotehnički nepovoljnim lokacijama odnose se
na nedovoljnu čvrstoću, velike deformacije ili lom materijala, odnosno na probleme
nastali - izazvani zbog prisutnosti vode u tlu ili pukotina, kaverni...

Najčešći inženjerski problemi prisutni na nepovoljnim lokacijama su:

1. Nedovoljna čvrstoća,
2. Nedozvoljeno velike deformacije,
3. materijala,
4. Hidraulični lom,
5. Bujajuća (bubrenje) tla,
6. Kolapsibilna tla,
7. Prisutnosti vode u tlu,
8. Prisutnost diskontiniiteta, pukotina, kaverni...

Sl.2:- Kosi toranj u Pizi,
Italija, a i b - razvoj sleganja
u odnosu na vreme

13/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Postupcima poboljšanja tla želi se da se poboljšaju mehanička svojstva prirodnog
temeljnog tla i/ili eliminiše nepovoljan uticaj vode u tlu sa ciljem povećanja nosivosti,
smanjenja stišljivosti i sleganja.

Prema tome da li su poboljšanja vremenski ograničena, npr. samo dok traje izgradnja, ili
su njihovi efekti dugotrajni npr. za ceo eksploatacioni vek objekta, postupci se mogu
podeliti na dve grupe:

 postupke privremenog poboljšanja svojstava terena - efekti poboljšanja svojstava
traju relativno kratko - obično samo u fazi izgradnje objekata (zamrzavanje tla - npr.
zamrzavanje tečnih peskova kroz koje se probija tunel ili okno; sniženje NPV-
dreniranje terena oko temeljne jame, u cilju sniženja nivoa podzemnih voda - NPV);
 postupke trajnog poboljšanja svojstava terena - efekti se zadržavaju kroz duži
vremenski period, odnosno za ceo vek trajanja objekta (injektiranje - npr. zaptivanje
terena na mestu brane; konsolidaciono injektiranje zone oko tunela pod pritiskom;
stvaranje šljunčanih šipova ispod temelja zgrada, armiranje tla, zbijanjei dr.).
Podela prema vremenu primene postupka, mogu se podeliti u dve grupe:
- preventivne i
- sanacione.
Preventivni postupci primenjuju se u cilju poboljšanja svojstava terena i sprečavanje
deformacija i to pre nego što do deformacija dođe.

Sanacioni postupci primenjuju se za poboljšanje terena u kome su se deformacije već
dogodile, odnosno kod terena čija je stabilnost narušena.

Prema osnovnom efketu koji se postiže geotehničkim melioracionim radovima dele se na:
- postupke kojima se poboljšavaju deformaciona svojstva;
- postupke kojima se poboljšavaju svojstva otpornosti na smicanje;
- postupke kojima se poboljšavaju filtraciona svojstva terena.

Osnovni koncepti poboljšanja svojstava tla su:
• Dreniranje,
• Zbijanje (povećanje gustine),
• Cementiranje (povezivanje čestica npr. kod
injektiranja),
• Stabilizacija,
• Armiranje (sidra, geosintetici),
• Sušenje i
• Promene temperature.
Metode i tehnike poboljšanja svojstava tla i
stena mogu se podeliti u četiri osnovne grupe:

→Mehaničko poboljšanje,
→Hidraulično poboljšanje,
→Fizičko i hemijsko poboljšanje,
→Poboljšanje upotrebom dodataka,
→Predopterećenje i
→Armiranje tla.

14/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Mehaničko poboljšanje:
- Mehanička stabilizacija - formiranje optimalnog granulometrijskog sastava
- Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje (valjci)
- Dinamička kompakcija
- Vibrokompakcija
- Zbijanje primenom eksploziva

 Mehanička stabilizacija - formiranje optimalnog granulometrijskog sastava

→ Mehaničko poboljšanje- metode zbijanja tla.

 Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje (valjci):

- Vučeni i samohodni
- Zbijanje se može vršiti statički i dinamički.
→ Zbijanje statičkim dejstvom:
• Glatki valjci
• Ježevi
• Valjci na pneumaticima
→ Zbijanje dinamičkim dejstvom:
• Vibracioni valjci
• Vibro ploče

 Dinamička kompakcija:
- Zbijanje tla padom tega velike težine na tlo

 Vibrokompakcija (vibroflotacija):
- Zbijanje tla (naročito peska) primenom pribora za vibriranje koji se ubacuje u tlo

 Zbijanje pomoću eksploziva:
- U seriju bušotina ubacuje se eksploziv
- Aktivacijom eksploziva izaziva se likvefakcija i zbijanje rastresitog materijala
talasima i vibracijama

15/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Poboljšanje sitnozrnog materijala bez dodavanja aditiva:
- Zamena tla,
- Predopterećenje tla,
- Predopterećenje uz primenu vertikalnih drenova,
- Elektro‐ osmoza i
- Termička stabilizacija.
→ Zamena tla:
- Zasićena sitnozrna tla, muljevita tla, tla organskog porekla
- Tlo niske nosivosti zamenjuje se najčešće slojem peskovito‐šljunkovitog materijala
- Primena metode je ograničena na 3‐ 4 m
- Na slabo nosivom tlu, nasip može da se radi od lakih materijala kao što je gasbeton
ili geopena koji imaju značajno nižu zapreminsku težinu od zemljanih materijala.

→ Predopterećenje tla - Izrada nasipa sa predopterećenjem:

→ Predopterećenje uz primenu vertikalnih drenova:
- Postupak nanošenja opterećenja na slabo nosivo tlo
- Dolazi do konsolidacije tla, povećava se nosivost i smanjuje deformabilnost
- Za konsolidaciju tla niske vodopropusnosti potrebno je mnogo vremena - nedostatak
- Za ubrzanje procesa konsolidacije koriste se vertikalni drenovi koji omogućavaju
radijalno dreniranje
- Kod izrade nasipa na slabo nosivom tlu koristi se nadopterećenje radi skraćenja
vremena konsolidacije
Izrada nasipa sa predopterećenjem
→ Elektro‐ osmoza:
- Elektro‐ osmoza se koristi kao tehnički postupak za konsolidaciju i ojačanje mekog
glinovitog vodom zasićenog tla. U tlo se pobiju dve metalne elektrode i kroz njih se
pusti jednosmerna struja. Prvi pozitivan efekat ovog procesa je pojava filtracionih
sila u određenom smeru, a drugi je delimično uklanjanje vode iz tla. Ako se obezbedi
dreniranje odvijaće se proces konsolidacije

→Termička stabilizacija:
- Zagrevanje tla ‐ porastom temperature povećava se sleganje gline pod datim
opterećenjem. Nakon hlađenja dolazi do termalne prekonsolidacije gline
- Smrzavanje tla - metod veštačkog zamrzavanja se koristi za privremeno ojačanje tla
kod podzemnih iskopa.
Može se primeniti na sve tipove tla.

 Poboljšanje tla sa dodacima
- Poboljšanje tla dodavanjem materijala
- Injektiranje tla
- Mešanje tla sa vezivima (cement, kreč, bitumen, pepeo...)
- Mlazno cementiranje - Jet grouting

16/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

→ Poboljšanje tla dodavanjem materijala
• Vibro zamena - šljunčani stubovi (stone columns)
• Dinamička zamena tla - prečnik 2.5 m u mekom tlu

→ Injektiranje:
- U tlo se ubacuje injekciona masa - cementna ili hemijska mešavina pod pritiskom u
cilju povećanja čvrstoće i smanjenja vodopropusnosti
- U steni se mogu popunjavati prsline i pukotine

→ Mešanje tla sa vezivima:
- Cement
- Kreč
- Bitumen
- Pepeo i šljaka
- Postupak stabilizacije:
• na licu mesta (razrivanje površine terena, rastresanje‐ aerisanje, dodavanje
stabilizacionog sredstva, mešanje, razastiranje i zbijanje)
• mešanje pre ugrađivanja (stabilizovana mešavina se pripremi van mesta
ugrađivanja i onda dopremi na gradilište)
Stabilizacija cementom:
- Pogodna su krupnozrna tla i tla na prelazu ka sitnozrnim.
Stabilizacija krečom:
- Pogodna su sitnozrna tla.
Stabilizacija bitumenom:
- Primenjuje se kod svih vrsta materijala
- Izaziva slepljivanje čestica (povećava se kohezija)
- Količina bitumena 2‐4%, izuzetno 10%

Stabilizacija pepelom:

- Leteći pepeo (Fly ash) Pogodna su sitnozrna tla.

17/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Poboljšanje tla sa dodacima - površinsko mešanje:
- Rotofrezer (Pulvimikser) (engl. pulverizing mixer)
- DSM - Deep Soil Mixing

Poboljšanje tla sa dodacima - dubinsko mešanje:
DSM- Deep Soil Mixing
- Vlažna metoda
- Suva metoda
→ Jet grouting (mlazno cementiranje)

 Armiranje tla:
- Primena geosintetika
- Ankeri
- Biološke metode korišćenjem vegetacije

Detaljnije...

Mehaničko poboljšanje odnosi se na povećanje gustine delovanjem neke spoljne sile.
Najčešće se govori o metodama zbijanja pri čemu pored metoda površinskog zbijanja
postoje i metode dubokog zbijanja i dr.
• Plitko zbijanje - zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje (valjci)
• Duboko zbijanje,
• Hidrominiranje,
• Dinamička konsolidacija (heavy tamping) - dinamička kompakcija
• Vibraciono zbijanje (vibroflotation) - dinamička kompakcijai
• Predopterećenje (precompresion).
• Zbijanje primenom eksploziva.

18/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Mehaničkim zbijanjem postiže se sledeće:
- povećanje smičuće čvrstoće,
- povećanje nosivosti,
- poboljšanje stabilnosti kosina,
- smanjenje stišljivosti i sleganja,
- smanjenje propusnosti,
- smanjenje potencijala likvefakcije,
- kontrola bujanja.

Metode zbijanja primenjuju se pri izgradnji saobraćajnica, aerodroma, luka, brana,
nasipa, za pripremu temeljnog tla, zasipa iza potpornih konstrukcija i sl. Najčešće se
sprovode standardni i modifikovani opit zbijanja, tzv. Proktorov (Proctor) opit.

Sl.3:- Skica Proktorovog uređaja.

Pri planiranju zbijanja potrebno je:

- definisati uslove ugradnje: vlažnost i gustinu tla, debljinu slojeva i sl.,
- odabrati odgovarajuću mehanizaciju: ježevi, vibracionii ježevi, valjci,
- definisati postupak zbijanja: broj prelaza, raspored zbijanja,
- definisati postupke kontrole kvaliteta: vrsta i broj opita.

Plitko ili površinsko zbijanje jedna je od najstarijih metoda poboljšanja svojstava tla.
Sobzirom na dugu primenu ove metode postoji veliki broj raznovrsne mehanizacije
(valjci, ježevi, vibrovaljci, vibro ploče), koja se razlikuje po veličini, obliku i načinu rada.
Zavisno od načina rada ovih mašina zbijanje može biti statičko ili dinamičko.

Duboko zbijanje primenjuje se kada postoje naslage nekoherentnog materijala a znatne
su debljine. Svrha ovog postupka je eliminacija velikih sleganja, bilo da se radi o totalnim
ili diferencijalnim sleganjima, kao i sprečavanje pojave likvefakcije.

Duboko zbijanje postiže se primenom neke od sledećih metoda:
- prethodno opterećenje (precompresion),
- primena eksploziva,
- dinamička konsolidacija (heavy tamping),
- vibraciono zbijanje (vibroflotation vibratory compaction) i
- konsolidaciono (kompakciono) injektiranje (compacting grouting).

19/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Hidrominiranje - primena eksploziva
Eksplozivi se mogu primeniti na površini terena ili češće u bušotinama, čime se postiže
lom u rasutim materijalima te njihovo preslaganje u gušće (zbijenije) strukture. Zbijanje
tla upotrebom eksploziva često predstavlja brzo i isplativo rešenje.
Procedura zbijanja tla ovom metodom sastoji se od sledećih faza:
- bušenje,
- punjenje bušotina eksplozivom,
- zapunjavanje (začepljavanje) bušotina,
- detoniranje po određenom rasporedu paljenja.
Ova metoda daje dobre rezultate u saturiranim, čistim pescima. Uspešnost metode zavisi
od sposobnosti dinamičkih talasa da slome početnu strukturu tla, izazovu likvefakciju i
preraspodelu u gušću strukturu. Iz toga sledi, da su veća punjenja potrebna ukoliko se
postupak provodi u boljim pescima (veće početne relativne gustine, dr.) ili je potrebno
postići zbijanje do većih dubina.

 Hidraulično poboljšanje:
• Površinsko odvodnjavanje,
• Gravitacioni i vakuum bunari,
• Unutrašnja drenaža,
• Upotreba geosintetika za dreniranje,
• Elektroosmoza i
• Predopterećenje (precompresion).

 Fizičko i hemijsko poboljšanje:
• Stabilizacija uz upotrebu smesa,
• Injektiranje,
• Mlazno injektiranje i
• Tehnike zamrzavanja.

 Poboljšanje upotrebom dodataka:
• Prednapregnuta geotehnička sidra,
• Armirano tlo,
• Igličano (ekserano) tlo i
• Primena geosintetika za armiranje tla.

 Predopterećenje (prethodno opterećenje)

Prethodnim opterećenjem (predopterećenje ili sniženje NPV) postiže se konsolidacija tla
pre izgradnje nekog objekta, čime se smanjuje sleganje koje će se pojaviti nakon izgradnje
tog objekta, sl.4. Primenjuje se uglavnom u koherentnim tlima, s obzirom da je njihov
proces konsolidacije dugotrajan.

Konsolidacija se može ubrzati izgradnjom raznih drenažnih sistema. Kako uspeh ove
metode zavisi najviše od hidrauličnih svojstvima tla, ova metoda pripada više grupi
hidrauličnih metoda, pa će se detaljnije razmotriti u grupi „hidraulična poboljšanja“.

Konsolidacija i sleganje terena nastaje nanošenjem spoljnjeg - dodatnog opterećenja
(izgradnjom nasipa odgovarajuće visine) ili snižavanjem NPV.

20/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 4:- Vremenski razvoj sleganja usled prethodnog opterećenja.

Dodatno opterećenje može „delovati“ u periodu od nekoliko meseci do nekoliko godina,
zavisno od očekivanih i stvarnih rezultata koji se žele postići. Opterećenje može biti
jednako opterećenju budućeg objekta (q) ili čak veće od konačnog opterećenja (q+Δq),
kako bi se proces konsolidacije dodatno ubrzao. Ovo opterećenje se uklanja nakon
ostvarenog i određenog sleganje materijala. Nakon što se tlo rastereti, objekti koji će biti
sagrađeni na toj lokaciji prouzrokovaće (najčešće) manja sleganja, jer je deo deformacija
već nastao prethodnim opterećenjem.

Metode poboljšanja stenske mase:

• prednaprezanje stenske mase
- štapna sidra,
- split-set sidra,
- samobušiva sidra i
- kablovska (geotehnička) sidra.
• mlazni beton,
• čelične mreže,
• sintetičke obloge,
• injektiranje stenske mase i
• dreniranje stenske mase.

Sl.5:- Metode poboljšanja stenske mase:torkretiranje i ankerisanje

Njima se, u suštini, poboljšavaju svojstva terena kao prirodne konstrukcije i kao radne
sredine:

 mehanička poboljšanja i stabilizacija, povećanje gustoće (dinamičko zbijanje,
miniranje, vibrozbijanje, zbijeni peščani ili šljunčani piloti, drenovi, stubovi od
kamena)

21/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 hemijsko i fizičko poboljšanje (stubovi od kreča i cementa, dubinsko mešanje,
injektiranje tla, mlazno injektiranje)
 armiranje tla (poboljšanje umetanjem građevinskih elemenata ili proizvoda u tlo -
geosintetici, fašine, mikropiloti, sidra)
 hidraulično poboljšanje (snižavanje nivoa podzemne vode).

Postupci geotehničkih melioracija su najčešće vrlo skupi pa se o njihovoj primeni
odlučuje tek pošto se tehničkim i ekonomskim analizama dokaže njihova ekonomičnost.

Primena metoda poboljšanja stenskih masa - tla pri rešavanju geotehničkih problema i
izgradnji objekata:
• podgradne konstrukcije,
• kosine,
• nasipi na stišljivoj podlozi,
• podzemne prostorije i tuneli...
Nakon izvedenih radova poboljšanja stenskih masa raznim metodama i tehnikama
neophodno je proveriti uspešnost primenjenih tehnika i postupaka poboljšanja. To se vrši
naknadnim merenjima i opažanjima, kao npr.:
- terensko ispitivanje vodopropusnosti kao kriterijum za ocenu uspešnosti injektiranja,
- ispitivanje pritisnim jastukom kod dinamičkog zbijanja,
- SPT ili CPT kod vibroflotacije,
- seizmička ispitivanja.
Laboratorijski i terenski postupci:
• Merenje gustoće kalibrisanim peskom,
• In-situ denzimetar,
• Penetracioni opiti,
• Presiometar,
• Dilatometar,
• Praćenje pomaka i
•Praćenje naprezanja i pornih pritisaka.

Sl.6:- Jedna od metoda terenskog ispitivanja

Pri realizaciji svih metoda i postupaka poboljšanja stenskih masa osnovno je imati
predznanja, npr.Burland-ov trougao ilimetode rešavanja problema - Lambe,1979. iz
oblasti:
• Mehanike tla,
• Mehanike stena,
• Hidrogeologije,
• Inženjerske geologije i
• Poznavanje načina rada i
funkcionisanje primenjenih
alata, uređaja i instrumenata,
kako za ugradnju, tako i za
ispitivanje - monitoring rezultata
izvedenih radova.

Sl.7:- Metode rešavanja problema - Lambe, 1979. i Burland-ov trougao

22/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1. POBOLJŠANJE STENSKIH MASA - postupci geotehničkih melioracija

Sl.8:- Jedna šema metoda zapoboljšanje tla
Najznačajniji postupci geotehničkih melioracija su:
1. injektiranje,
2. sidrenje,
3. dreniranje,
4. zbijanje,
5. torkretiranje,
6. zamrzavanje,
7. podgrađivanje i oblaganje,
8. elektrohemijsko očvršćavanje,
9. zamena materijala,
10. rasterećenje, i
11. armiranje tla - primena geosintetika.

Sl.9:- Šema metoda poboljšanja stenskih masa
1.1. Injektiranje

Izgradnja geotehničkih objekata na terenima nepogodnim za građenje uslovljena je
primenom tehnoloških postupaka za poboljšanje tih terena. Jedan od (najčešćih)
postupaka je injektiranje stenskih masa.

Injektiranje je tehničko-tehnološki postupak kojim se vrši poboljšanje mehaničkih
svojstava stenske mase, smanjuje se vodopropustljivost, ostvaruje se intimni kontakt
objekta i terena. Postupak se izvodi tako što se, jedna ili više suspenzija, emulzija ili

23/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
rastvora, pod pritiskom ubrizgavaju u osnovnu stenu, tlo ili građevinu u cilju poboljšanja
nosivosti i vodopropusnosti terena, te stabilnosti izgrađenih objekata. Injekciona masa tu
očvršćava i dorpinosi poboljšanju: kontakta objekta i terena; mehaničkih karakteristika
stenske mase u zoni sadejstva; smanjenju vodopropustljivosti stenske mase i dr.

Injektiranje je jedina metoda stabilizacije terena koja se sastoji u ubrizgavanju
stabilizacionih sredstava u tlo pod pritiskom, kroz bušotine, pomoću odgvarajućih mašina
i uređaja, na području koje želimo poboljšati - konsolidovati.

Dakle, injektiranje (lat.iniectare, iterativ od inicere: uvesti unutra), ubrizgavanje tečnih
ili žitkih sredstava (raznih injekcionih smesa) u šupljine i pore tla ili građevine radi
postizanja vodonepropusnosti, učvršćivanja, konsolidacije ili homogenizacije, a u
izvesnim slučajevima da obezbedi neposrednu vezu između objekta i stenske mase.
Postupak se primenjuje pri iskopu građevinske jame, ispunjavanju šupljina u steni, izradi
zaštitnih zavesa na branama, učvršćivanju rastresitih materijala ispod temelja,
učvršćivanju materijala iza tunelske obloge, sanaciji delova građevine i dr.
Prvi počeci injektiranja datiraju još iz 1802. Godine kada je Charles Bérigny otkrio proces
injektiranja i primenio ga na sanaciji ispranog tla ispod obale(gata)u luci kod Dieppe-a.

Ovo injektiranje izvedeno je udarnom pumpom koja se sastojala od drvene cevi
unutrašnjeg prečnika 8 cm. Cev je na kraju imala metalni poklopac, perforisan šupljinama
prečnika 3 cm, i bila je ispunjena glinom. Glina je utiskivana u šupljine ispranih temelja
pomoću pokretnog drvenog klipa.

Dalji tok razvitka tehnologije injektiranja uključivao je korišćenje sve efikasnijih i
korisnijih injekcionih smesa - od prvog injektiranja tla glinom i cementnim injekcijama,
pa sve do razvoja i primene hemijskih injekcija dokombinovanih postupaka injektiranja.
Počeci injektiranja u našoj zemlji datiraju iz 1932. godine, kada je građena brana Grošnica
za snabdevanje vodom grada Kragujevca. Izgrađena je betonska gravitaciona brana visine
42 m. Brana je građena od 1931. do 1938. godine. Prema oskudnim podatcima o tom
radu, bušene su u temelju brane rupe za injektiranje, iz kojih su cevi prečnika 5 cm vodile
u injekcionu galeriju. Kroz te cevi injektirala se cementna suspenzija, ali detalji postupka
i utrošak cementa nisu poznati.

Sl.10:- Brana Grošnica kod Kragujevca, Srbija

Intenzivnija upotreba - primena injektiranja usledila je nakon 1945. godine i to kao
posledica izgradnje mnogih hidroenergetskih objekata u to vreme. Takva potreba za
specijalizovanim građevinskim zahvatima rezultirala je formiranjem preduzeća
specijalizovanog isključivo za injekcione radove. Tako je krajem 1947. godine u

24/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Beogradu pri Ministarstvu elektroprivrede osnovana specijalna gupa za injekcione
radove, koja se 1948. godine preselila u Zagreb gde je osnovano prvo, jugoslavensko
preduzeće za injekcione radove „Geotehnika“ sa nazivom „Elektrosond“. Elektrosond je
osnovao i prvu laboratoriju za proučavanje injekcionih materijala, smesa i suspenzija, kao
i primenu dodataka cementu za injektiranje, kao što su deflokulatori, gline i bentonit.

Zatim je i Preduzeće za bušenje (PIB, posle Geoistraživanja, a nakon integracije sa
Elektrosondom, Geotehnika) u Zagrebu preuzelo deo opsežnog injektiranja temelja prve
akumulacione brane u karstifikovanom krečnjaku Peruće na Cetini. Tako su razvijene
nove metode ispitivanja smesa i novi postupci za injektiranje u karstu primenom velike
količine gline umesto cementa. To je otvorilo put iskorišćavanju vodnih snaga karsta, pa
danas imamo u pogon velike hidroelektrane kao što su Grančarevo, Perućica, Piva, Split,
Senj, Dubrovnik, Peruća, Selakovac, ...i Orlovac.

Injektiranja se mogu podeliti u nekoliko grupa:
 kontaktno injektiranje-ispuna šupljina na kontaktu betona i stenske mase,
 vezno injektiranje-povezivanje u konstruktivnu celinu obloge i stenske mase,
 konsolidaciono injektiranje-poboljšanje mehaničkih karakteristika stena,
 naponsko injektiranje (stvaranje pritiska u okolini tunelske obloge ili betonske
konstrukcije postiže se prednaprezanje konstrukcija) i
 zaptivno (postizanje vodonepropusnosti oko građevine ili ispod nje) kao i
 lokalno (tzv. prepakt metoda za zapunjavanje pojedinačnih šupljina - kaverni, pri
čemu se zapunjava prvo granulisanim šljunkom, a zatim injektira cementno-
bentonitnim injekcijama).
Primena:
 povećavanje nosivosti slabonosivog tla,
 zapunjavanje pukotina i
 ugradnja geotehničkih sidara i mikropilota.

Injektiranje je univerzalna metoda ubrizgavanja pod pritiskom za ispunu konstrukcionih
pukotina, šupljina i spojeva u temeljima ili zidovima koji se nalaze u zemlji. Injektiranje
se vrši na bazi strogo definisanih i propisanih metoda.

Injekcionim mašinama - uređajima (injektorima) popunjavamo bušotine pod pritiskom
do 10 bara čime se uspostavlja nužna interakcija tlo/tlo kod zapunjavanja pukotina
odnosno tlo/sidro (kod ugradnje sidara).

Poseban vid injektiranja je mlazno injektiranje-
injektiranje pod velikim pritiskom, pri čemu smesa izlazi
iz mlaznice smeštene na bušećoj garnituri.

U zavisnosti od namene injektiranja (prekid prodora
vode, konstrukciono lepljenje) koriste se smole različitih
karakteristika (npr. bubrenje u kontaktu sa vodom). Bez
obzira o kojoj se vrsti problema radi - prodor vode u
podrume ili podzemne objekte i temelje, primenjujemo
najbolju tehniku za konkretan slučaj da spreči nastajanje
problema koji mogu ugroziti sigurnost samog objekta.

Sl.11:-Stanje napona ispod temelja i šema načina ojačanja tla - injektiranje koncentrisano na prostor
kruškaste zone napona (Boussinesq-ova teorija)

25/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sanacija ovakvih objekata može biti izuzetno zahtevna i skupa,te zbog toga, sanaciju ovih
problema mogu obavljati firme koje su dobro opremljene, imaju iskustvo i znanje za takve
specijalne zahvate.
Zbog specifičnosti svakog pojedinačnog objekta, sanacija injektiranjem je tehnički
zahtevna i komplikovana metoda. Najčešće tehnike ubrizgavanja ili injektiranja su
metode pod visokim (mlazno injektiranje) ili niskim pritiskom sa pumpama visokog ili
niskog pritiska.

Sl.12:- Šematski prikaz vrste injektiranja
U zavisnosti od metode sanacije, primenjuju se proizvodi kojima se vrši zaptivanje,
najčešće se koriste poliuretanske, epoksidne smole i cementne suspenzije. Za sada za
injektiranje najčešće se koristi cementni malter ili druge smese cementa, gline, hemijskih
sredstava, bitumenskih i drugih emulzija.

Pri svemu tome ekonomičnost gradnje je najvažniji zahtev.

Kako je već rečeno, postoji niz tehnologija građenja koje se koriste u takvim slučajevima,
a u poslednje vreme razvijena je i tehnologija tzv. mlaznog injektiranja (Jet Grouting)
koja sadrži niz pogodnosti, i široko je primenljiva, kod poboljšanja mehaničkih svojstava
tla- stenskih masa.
Potrebno je razlikovati tehnologiju mlaznog injektiranja od, tzv. klasičnog injektiranja.
Postoje razne tehnologije injektiranja, na primer:
 klakaža (kontaktno injektiranje),
 konsolidacija (kompakciono) injektiranje,
 penetraciono injektiranje i
 mlazno (naponsko )injektiranje.

Sl.13:-Šematski prikaz metoda
injektiranja tla - vrste injektiranja
(Welsh i sar., 1986)

26/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
ŠEMATSKI PRIKAZ VRST E INJEKTIRANJA

Sl.14:- Šematski prikaz vrste injektiranja (Welsh isar., 1986)

ISPUNJAVANJE ŠUPLJINA - KLAKAŽA

Ispunjavanje šupljina (kontaktno injektiranje) - Injekciona smesa
(najčešće na bazi cementa) utiskuje se u prazne prostore pukotine
(šupljine) tla (stene).

Poseban slučaj ove vrste injektiranja je tzv. klakaža - injekciona
smesa utiskuje se u tlo pod visokim pritiskom što uzrokuje
hidraulični lom tla. Nastalu pukotinu ispunjava injekciona smesa, a
okolno tlo se zbija.
Sl.15:-Ispunjavanje šupljina (kontaktno injektiranje)- klakaža

 KONSOLIDACIONO (kompakciono) INJEKTIRANJE

Injekcione smese sa visokim unutrašnjim trenjem utiskuju se u stišljivo tlo, deluje kao
radijalna hidraulična presa, tako dolazi do pomaka čestica tla i povećanja gustine okolnog
tla.

FUNDAMENT U POPREČNO M PRESEKU:A - SA UZVODNIM ZUBOM ; B - SA HORIZONTALNIM
FUNDAMENTOM ;1 - ZUB; 2 - LINIJA PRIRODNOG TERENA; 3 - INJEKCIONA GALERIJA;
4 - DRENAŽNA GALERIJA ; 5 - KONSOLIDACIONO INJE KTIRANJE.

Sl.16:- Konsolidaciono injektiranje - (kompakcija)

27/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 PENETRACIONO INJEKTIRANJE

Injekciona smesa utiskuje se u tlo pod relativno niskim pritiskom, tako da ne dolazi do
promene obima i strukture tla.

Injekcione smese koje se pri tome koriste raznog su sastava i karakteristika, a osnovna
baza za njihovo određivanje je propusnost tla. Ovo je veoma važna
konstatacija, zato se ona posebno ističe, jer se često smatra da su neki
drugi zahtevi pri tome odlučujući.

Zavisno od koeficijenta propusnosti tla k, koriste se sledeće suspenzije:
- cementne suspenzije (koriste se kada jek 10
-2
cm/s)
- silikatne suspenzije (koriste se kada jek veličine10
-2
do 10
-4
cm/s)
- rezorcinske suspenzije (koriste se kada je k veličine10
-4
do 10
-6
cm/s)

Kod slabije propusnih vrsta tla, primena ove vrste injektiranja nije
moguća.

Sl.17:- Penetraciono injektiranje - penetracija

 MLAZNO (naponsko) INJEKTIRANJE (jet grouting)

Mlazno injektiranje - injektiranje pod velikim pritiskom, pri čemu smesa izlazi iz
mlaznice smeštene na bušećoj garnituri, više u 1.1.5.

Mlazno injektiranje, tj. Jet Grout, je uobičajeni naziv za svaki izvedeni postupak gde se
koristi izuzetno visok pritisak (od 300 do 700 bara, tj. 30 do 70 MPa) za unos energije u
fluid koji se utiskuje u tlo brzinom od 250 do 330 m/s sa ciljem razbijanja strukture tla,
premeštanja čestica, kao i njihovog mešanja sa cementnom smesom.

• Mlaznim injektiranjem u tlu se stvaraju valjkasta tela sastavljena od mešavine.
Injekcione smese i čestica tla, koji su poboljšanih karakteristika u odnosu na prirodno tlo.
• Soilcrete (concrete).
• Pogodnom kombinacijom takvih valjaka (eventualno i izduženih panela) tla dobijamo
razne konstrukcije koje mogu rešiti niz geotehničkih problema.
• Koristi se više od 40 godina.

Ova tehnologija bitno se razlikuje od prethodnih. Njenom primenom
totalno se razbija struktura tla, zato se čestice tla mešaju (in-situ) sa
vezivnim sredstvom, kada nastaje homogenizovana masa poboljšanih
mehaničkih svojstava.

Tehnologija se primenjuje kod raznih vrsta tla sa raznim injekcionim
smesama, iako se normalno koriste vodo-cementne, ili vodo-
cementno-bentonitne smese.

Sl.18:- Mlazno injektiranje - (jet grouting)

28/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.1.Kontaktno injektiranje - klakaža

Kontaktnim injektiranjem postiže se bolji kontakt objekta i stenske mase (ispunjava
zaostale šupljine između podgrade i iskopa) nego što je on bio pre injektiranja. Kod
hidrotehničkih tunela i okana pod pritiskom, kontaktno injektiranje izvodi se samo u
slučajevima kada stenska masa treba da primi unutrašnje hidrostatičke pritiske, a obloga
ima za cilj samo da osigura projektovan oblik tunelskog otvora.

Ispunjavanje šupljina (kontaktno injektiranje) - Injekciona smesa (najčešće na bazi
cementa) utiskuje se u prazne prostore pukotine (šupljine) tla (stene).

Sl.19. Pregled različitih zona oštećenja oko podzemnog iskopa, gde je σr radijalni napon, σt je
tangencijalni napon, γ je prosečna sila opterećenja nadslojeva, a H je dubina iskopa

Poseban slučaj ove vrste injektiranja je tzv. klakaža - injekciona smesa utiskuje se u tlo
pod visokim pritiskom što izaziva hidraulični lom tla. Nastalu pukotinu ispunjava
injekciona smesa, a okolno tlo se zbija.
Sl. 20:- Kontaktno injektiranje

Sl.21:-Injektiranje pratećih pukotina - skica
injektiranja prstenastog prostora između
obloge i okolnog tla injekcionom masom pod
pritiskom kroz zaštitnu oblogu

29/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.2.Vezno injektiranje

Veznim injektiranje postiže se bolje sadejstvo objekta i stenske mase. Izvodi se u
kontaktnoj zoni objekta i stene pri čemu je debljina te zone obično 0,5 m do nekoliko
metara. Stenske mase su u toj zoni obično ispucalije nego u dubljim delovima terena.

Razlog tome su uticaji iskopavanja, miniranja i oslobađanja napona uopšte. Kada
se pukotine, ili drugi prazni prostori u zoni veznog injektiranja zapune injekcionom
masom, postiže se bolja veza objekta i terena.

Vezno injektiranje se primenjuje kod podzemnih objekata i betonskih brana.

Kod hidrotehničkih objekata i okana pod pritiskom, skoro uvek se izovdi vezno
injektiranje i to do dubine 0,5-1 m, zavisno od dimenzija objekta, broja i
rasporeda bušotina. Injekcioni pritisak je obično jednak unutrašnjem pritisku, koji će
vladati u hidrotehničkom objektu pri njegovoj eksploataciji.

Osnovni zadatak veznog injektiranja je da se u zoni terena gde su najveći uticaji objekta
na teren i obrnuto, poboljšaju mehanička svojstva stenskih masa. Pored toga, veznim
injektiranjem smanjuju se uticaji podzemnih voda na objekat i vodopropustljivost terena.

Sl.22:-Vezno injektiranje

1.1.3. Zaptivno injektiranje

U cilju sprečavanja kretanja podzemnih voda, zaptivanja poroznosti u stenskoj masi
izvodi se zaptivno injektiranje. Kao mera može imati privremeno ili trajno dejstvo.

Injekcione mase su višekomponentne, tj. kombinacija gline, cementa i vode. Ovim
masama treba sprečiti kretanje vode, i nije potrebno da imaju velike čvrstoće. Dovoljno
je, sa stanovišta zaptivanja, da je njihova čvrstoća takva da ih pritisak vode i njeno
kretanje ne razori. Najčešće težinsko učešće cementa je oko 75%, a bentonita do 30%.
Tiksotropne mase, u odnosu na cementne, su povoljnije jer su penetrativnije i
ekonomičnije.

Kod visokih brana, zaptivno injektiranje ima veliku primenu. Za ove objekte izvode se
injekcione zavese koje zadobijaju nazive u zavisnosti od njihovog položaja u odnosu na
branu. Prema tome one mogu biti:
• dubinske (ispod tela brane);
• bočne (u bokovima brane);
• obodne (po obodu akumulacionog objekta);

30/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Svrha izvodjenja injekcionih zavesa je:
♦ smanjenje gubitka vode iz akumulacije, na mestu brane i iz akumulacionog bazena
uopšte;
♦ sprečavanje štetnog uticaja filtacionih tokova vode, ispod i oko brane. Time se
onemogućuje iznošenje sitnih čestica iz betona i stenske mase i sprečavaju štetni
procesi koji bi time bili izazvani;
♦ smanjenje uzgona, čime se povećava stabilnost objekta;

Sl.23:-Zaptivno injektiranje

U tehno-ekonomskom smislu, injekcione zavese su veoma komplikovani tehnički objekti,
a u ekonomskom pogledu su vrlo skupi. Elementi svake zavese moraju biti prilagođeni
specifičnostima konkretnog objekta i geološke građe terena.

Sl. 24:- Izvođenje i primena injekcionih zavesa na branama

31/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zavese prema dubini i vodonepropusnoj podlozi ispod objekta mogu biti:
• vezane i
• lebdeće.
- Vezane zavese su izvedene do vodonepropusne, prirodne, sredine - sloja.
- Lebdeće ne dopiru do vodonepropusnogsloja, stim što se za kriterijum dubine
dubinskih zavesa usvaja ona dubina na kojoj je vodopropustljivost 1 Lu (u nekim
slučajevima 2 ližona).
- Za bočne zavese kritična dubina je ona na kojoj je vodopropustljivost 2 Lu (odnosno 4
Lu: 1Lu = 1 lit/min/m′/1MPa).

Sl.25:- Osnova nasute brane Peruća sa trasom i uzdužnim presekom injekcione zavese

Sl.26:- Šema lokacije bušotina za injektiranje: a -ispuna; b - konsolidacija; 1 - betonska obloga;2 - ispuna od
kamena; 3 - štucevi; 4 - dilatacija između prstenova; 5 - bušotine za konsolidaciono injektiranje.

Zadatak konsolidacionog injektiranja može biti i, sl.26.b.

32/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.4. Konsolidaciono (kompaktno) injektiranje

Konsolidaciono (kompaktno) injektiranje je jedna od metoda mehaničkog poboljšanja tla
zbijanjem u dubinama. Koristi se kao metoda za poboljšanje svojstva tla, odnosno
povećanje gustine i nosivosti tla zbijanjem. Metoda se zasniva na utiskivanju injekcione
smese pod velikim pritiskom u tlo, kako bi se ojačale oslabljene formacije rastresitog tla,
pa je za takav proces povezivanja čestica tla u upotrebi termin ''Compaction grouting'',
odnosno ''Kompaktno (konsolidaciono) injektiranje''. Godine 1980. američko društvo
građevinskih inženjera dalo je definiciju za kosolidaciono injektiranje:
''Konsolidaciono injektiranje - injektiranje cementnom smesom za sleganja manja od 25
mm. Za dobro cementirano tlo potrebna je određena količina prašine radi plastifikacije
materijala, odnosno odgovarajuće količine peska radi razvijanja unutrašnjeg trenja.
Cementna smesa ne ulazi u pore tla, već se formira kao homogena masa, kojom možemo
kontrolisano zbijati rastresita tla, koristiti je za kontrolisano izdizanje objekata ili
koristiti je za oboje''.

Godine 1980., ASCE komitet za injektiranje definisao je kompaktno injektiranje kao
tehniku injektiranja, gde materijal za tlo-cementnu podlogu sa sleganje manjim od 25 mm
(1 inča) koji se sastoji od dovoljnih veličina mulja kako bi se osigurala plastičnost zajedno
sa dovoljnim veličinama peska za razvoj internih trenje ubrizgava se pri vrlo visokim
pritiscima, a da ne ulazi u pore tla, ali ostaje u širenju mase oko tačke ubrizgavanja i time
daje kontrolisano zbijanje okolnog labavog tla ili davanje kontrolisanog pomeranja za
podizanje nadzemnih objekata (sl.27).

Sl.27:- Šematski prikaz kompaktnog injektiranja

Konsolidacija stenskog masiva:
- Zadatak: popunjava pukotine u steni i na kontaktu stene i obloge, poboljšava fizičko -
mehaničke karakteristike stenske mase u blizini obloge;
- Sastav injekcione mase: injekcionu masu čini voda + cement, razmera cementa i
vode je 1:1 do 1:10;
- Raspored bušotina je simetričnan po konturi obloge. Kod betoniranja obloge ostavlja
se „štuc“ na mestu budućih injekcionih bušotina;
- Dubina bušotina zavisi od dubine stene koja je oštećena eksplozijom (sl.26.b) varira
između 0.5 do 2 m.
Pprednaprezanje obloge pripada tipu konsolidacionog injektiranja. Izvodi se pod velikim
pritiskom od 10 ... 25 atm.

33/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→Teoretski pristup
Kritična tačka u primeni postupka kompaktnog injektiranja je taloženje injekcione mase
pri širenju loptaste mase u blizini tačke ubrizgavanja. U slučaju da je upotrebljena
injekciona masa previše pokretna (niska viskoznost), može doći do hidrauličnog loma
okolnog tla, što se može izgubiti kontrola nad postupkom sabijanja. Štaviše, to može
dovesti do oštećenja nadzemnih ili podzemnih objekata.

Kompaktno injektiranje uspešno se koristi u gotovo svim vrstama tla, iako se moraju
obezbediti posebna razmatranja za rad u mekim glinama gde će sporo odvodnjavanje
verovatno izazvati visok porni pritisak koji zahteva poseban tretman.

Slika 27, prikazuje teorijski opis procesa koji pretpostavlja da bi injektirane mase
uglavnom bile sferične, i radijalno zgušnjavanje injektiranog tla u svim pravcima. Prvi
izveštaj koji opisuje stvarni mehanizam, obezbeđujući i podatke koji su izvedeni iz
iskopavanja ispitnih mesta injektiranja, uradili su Brovn i Varner.U ovim radovima veliki
broj injekcionih masa je izložen i procenjen u istraživačkim demonstracijama u vezi sa
stvarnim ili predloženim projektima i parametrima injektiranja koji utiču na postupak,
bočne - lateralne sile koje utiču na susedne podstrukture ispitivanje promena gustine
tretiranog tla. Gustine su testirane primenom standardnih testova penetracije ili konusnog
penetrometra pre i nakon injektiranja tla.

Ako se pretpostavlja da je tlo homogeni i izotropni materijal, pritisci zatezanja unutar
mase tla rasipati će se (disipirati) na sfernoj granici, usmereni na vrh injekcione cevi.
Pritisak i naponi izazvani postupkom injektiranja biće na nuli na ovoj granici (neutralna
granica). Stanje napona prikazano je na slici 28 za injekcioni materijal i za tlo.

Sl.28:-Stanje napona za injekcioni materijal i tlo

Naponi za tlo i materijal za injektiranje prikazani su na slici 29.

Za homogeni, linearni, elastični i izotropni materijal, zapreminski napon je zapremina
injektiranja koja je podeljena sa zapreminom tla unutar neutralne granice i može se
formulisati jednačinom 1.
(1).

gde je:
Vg - zapremina injekcione mase (volume of grout)
Vnb - zapremina tla unutar neutralne granice (volume of soil within the neutral
boundary)

34/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.29:- Naponi u materijalu za injektiranje i tla

Teorijski i praktični aspekti kompaktnog injektiranja

Ako definišemo modul za raspodelu tla kao (1)

tada je (2)

Zamenjujući jednačinu 1 u jednačinu 2, dobijamo sledeći izraz.

(3)

Povećanje gustine mase tla (Δγ) može se izraziti kao:

gde Δm predstavlja utisnutu (uvezenu) injekcionu masu.

Zamenjujući Vnb iz jednačine 3, dobija se: .

Međutim, uvedena masa ne može se posmatrati jednostavno kao umnožavanje zapremine
mase po jediničnoj težini. Masa uneta u zapreminu (Vnb) koja efikasno povećava gustinu
tla unutar (Vnb) je zapremina uvedene injekcione mase pomnožene sa gustinom samog
tla. Da budemo eksplicitniji, pretpostavimo da se ubrizgavanje (injektiraje) mase u balon
i da se koristi vazduh umesto injekcione smese - lepila. U tom slučaju što će se vazduh iz
„balona“ istisnuti (zameniti) biće umnožavanje zapremine smese (tj. vazduha) gustinom
tla. Kao što se može videti, efekat gustine injekcije biće nebitan. Zbog toga je:
Δm = Vg .γs
gde je γs jedinična težina tla na mestu injektiranja.

Zbog toga je povećanje gustine mase tla (4)

Za praktične potrebe gustina tla, γs, može se uzeti kao konstanta. Svojstvo tla, Eb, po
definiciji, predstavlja odnos između zapremine i pritiska injekcione mase.
Kompakcioni pritisci za zatezanje primenjuju se u različitim i odgovarajućim vrstama tla.
Povećanje gustine tla prikazano je u tabeli 1.

35/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 1- Vrednosti modula rastresitosti materijala za različite vrste tla

Zbog pretpostavki o homogenosti, izotropiji, linearnosti i elastičnosti tla, potrebno je
izvršiti potrebne izmene uzimajući u obzir vrstu i dubinu tla i nivoa napona kako bi se
izbegli nedostaci tokom primene.

Sl.30:-Tehnika kompresionog injektiranja „odozdo na gore“ i „odozgo na dole“

Napomena:
Teorijski i praktični aspekti kompaktnog injektiranja, kao jedna od metoda poboljšanja
tla (denzifikacije), objašnjena su područja primene, posebno njegova upotreba za
ublažavanje uticaja u poslednjih 10-15 godina, a parametri tla i injektiranja su ukratko
opisani. Naglašeno je da treba preduzeti posebne mere opreza u slučaju korišćenja ove
tehnike u mekim glinama zbog nastanka visokih pornih pritisaka vode i da se otpornost
na penetraciju tretiranog tla može vremenom smanjiti s obzirom da se bočni naponi
smanjuju u dužem vremenskom periodu.

Ranih 50-ih godina prošlog veka u SAD-u su počela istraživanja i primena
konsolidacionog injektiranja. Na početku se obično koristila kao pomoćna tehnika već
postojećim metodama za poboljšanje svojstava tla. Kasnije, ova metoda se pokazala vrlo
dobrom i kod primene u urbanim sredinama prilikom tunelogradnje u mekim tlima. Tako,
početkom 80-ih konsolidaciono injektiranje se koristi kao tehnika za poboljšanje terena
pre izgradnje novih objekata, i korišćena je zajedno sa dinamičkim dubokim zbijanjem
prilikom poboljšanja tla ispod jedne elektrane.

36/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.31:-Šema injekcionih metoda
Sl.32:- Šema injekcionih metoda

37/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.33:- Primena konsolidacionog injektiranja na raznim objektima

Konsolidaciono injektiranje primenjuje se za smanjivanje deformabilnosti stenske mase
i za učvršćivanje slabe i rastršene stene iza obloge hidrotehničkih tunela kako bi se kod
novih hidrotehničkih tunela sprečilo otvaranje zateznih pukotina u betonu obloge. Kod
već izvedenih hidrotehničkih tunela konsolidaciono injektiranje se sprovodi zbog
sprečavanja nastajanja novih pukotina kao i proširenja postojećih pukotina u betonu
obloge tunela. Efekat konskolidacionog injektiranja najveći je u jako razlomljenim
stenama sa malim modulom deformabilnosti. Što je modul deformabilnosti
neporemećene stene veći, to je i efekat kojei se postiže konsolidacionim injektiranjem
manji. U praksi se modul deformabilnosti prirodne stene teško može povećati na više od
8.000 MN/m
2
.
Konsolidaciono injektiranje obuhvata postupke ispunjavanja pora i pukotina u tlu ili
steni muljevitim rastvorima ili suspenzijama raznih veziva i punila. Izvodi se na taj način
da se u prethodno izvedene bušotine u tlu ili steni ubrizgavaju navedene smese
(suspenzije, rastvori), dok se ne postigne određeni “pritisak injektiranja” koji raste kako
raste otpor proticanja suspenzije kroz pukotine i pore u tlu ili steni. Materijali za
injektiranje tla ili stene su: smeše cementa, gline ili bentonita sa peskom i vodom.

Dakle, metoda konsolidacionog injektiranja koristi se u situacijama kod kojih je došlo do
slabljenja tla bilo zbog delovanja antropogenog faktora (čoveka) ili zbog prirodnih
procesa u zemlji, odnosno pojava urušavanja u tlu. Takođe se može primieniti kao
ojačanje postojećih temelja nekog objekta, za izravnanvanje i izdizanje slegnutih terena
pod opterećenjem, pripremu terena za građenje budućih objekata i sl. Glavni, osnovni cilj
konsolidacionog injektiranja jeste zbijanje, odnosno povećanje gustoće i čvrstoće
oslabljenih formacija tla. Ovaj cilj se postiže utiskivanjem injekcione smese kroz
cilindrične injekcione cevi, kada dolazi do širenja injekcione smese i zbijanja okolnog tla.
Novoformirano telo konsolidacionim injektiranjem je uglavnom kuglastog oblika
prečnika oko 1 m ili više što zavisi od uslova u tlu (sl.34).

38/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.34:- Telo formirano konsolidacionim (kompaktnim) injektiranjem.

Prilikom utiskivanja injekcione smese u tlo, formirano telo se radijalno širi što izaziva i
plastične deformacije u zonama kontakta injekcione smese i okolnog tla, dok se u zonama
udaljenijim od tog kontakta čestice tla zbijaju, tj. povećava im se gustoća, pa su u tom
području deformacije više elastične nego plastične.

Utiskivanje injekcione smese, u zavisnosti od redosleda injektiranja, može se vršiti na
dva načina. Jedan način je injektiranje od vrha prema dnu, a drugi od dna prema vrhu
injekcione cevi. Injektiranje od dna prema vrhu, tj. izvlačenje cevi prema površini je
najčešće korišćen način injektiranja, jer se pokazao jeftinijim i efikasnijim od suprotnog
načina injektiranja, tj. utiskivanjem injekcione smese od vrha prema dnu. Izvođenje
procesa injektiranja jedne bušotine odvija se u četiri koraka:

1. Izrada bušotine namenjene za konsoldaciono injektiranje,
2. Umetanje injekcione cevi u bušotinu,
3. Utiskivanje injekcione smese u fazama i
4. Izvlačenje injekcione cevi nakon injektiranja.
Pre početka konsolidacionog injektiranja, izbuši se bušotina određene dužine u koju se
naknadno ubacuje odgovarajuća injekciona cev. Sledi utiskivanje injekcione smese u
fazama npr. počevši od dna bušotine prema vrhu.

Završetkom prethodne faze injektiranja, cev se izvlači prema gore za određenu dužinu i
sledi izvođenje sledeće faze - faza utiskivanja injekcione smese.
Poslednja faza injektiranja je pri samoj površini terena, kada počinje izvlačenje injekcione
cevi iz bušotine čime se završava proces injektiranja jedne bušotine (sl.35).

39/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.35:-Proces injektiranja jedne bušotine izvlačenjem injekcione cevi oddna prema
površini.

Injekciona smesa se utiskuje cilindrično kroz injekcione cevi unutrašnjeg prečnika
minimalno 5 cm, dok debljina cevi može biti po želji. Kako je redosled injektiranja bitan
za pojedinu bušotinu, tako je raspored bušotina i razmak između injekcionih cevi od
velike važnosti za čitav projekat kompakcionog injektiranja - geometrija - raspored i
razmak između injekcionih bušotina. Geometrija injekcionih bušotina zavisna je od
karakteristika tla, potrebne efikasnosti i ekonomskea isplativosti.

Veoma bitna je i instalacija injekcionih cevi u bušotinu, kako ne bi došlo do neželjenih
problema unutar bušotine tokom injektiranja. Iz tog razloga cevi u bušotini spojene su
čeličnim navojima i moraju biti dobro prilepljene uz zid - tlo, kako bi se usled jakog
pritiska tokom injektiranja, izbegli problemi poput curenja i odbacivanja injekcione
smese.

1.1.4.1. Primena konsolidacionog injektiranja

Primena metode konsolidacionog injektiranja je raznovrsna, iako je njena svrha u svakoj
primeni ista, koristi se u raznim situacijama. Sve u svemu, konsolidaciono injektiranje se
koristi radi poboljšanja svojstava tla kod kojih je došlo do slabljenja bilo zbog
antropogenog (čovekovog) delovanja (geotehnički, građevinski, rudarski zahvati i sl.) ili
zbog prirodnih procesa u tlu. Iz tih razloga, primena ove metode može se podeliti na
primarnu i sekundarnu primenu.

Primarna primena konsolidacionog injektiranja preduzima se u situacijama kod:
- oslabljenja i propadanja (organsko raspadanje) prirodnih uslova u tlu,
- oslabljenja tla i pojave pukotina zbog loše ugradnje,
- oslabljenja tla nastala iskopavanjem u blizini objekta,
- oslabljenja tla nastala i uzrokovana pojavom urušavanja,
- oslabljenja tla nastala odvodnjavanjemi
- oslabljenja tla nastala i uzrokovana kvarovima na infrastrukturi (npr.vodovod,kanaliz).

40/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.36:- Prikaz izdizanja i poravnavanja površine nadsloja iznad urušenog tla konsolidacionim
injektiranjem.
Na slici 37 može se videti primena konsolidacionog injektiranja u situaciji u kojoj jedošlo
do urušavanja tla. Utiskivanjem injekcione smese u tlo, postiže se izdizanje terena i
izravnavanje površine u sledećim fazama:
a. prikaz urušenog tla,
b. utiskivanje injekcione smese u tlo,
c. zbijanje nadsloja konsolidacionim injektiranjem i
d. izdizanje i poravnanje površine nadsloja.

Sl.37:- Prikaz izdizanja i poravnavanja površine nadsloja iznad urušenog tla konsolidacionim
injektiranjem.

Konsolidaciono injektiranje, kao oblik sekundarne primene, može se koristiti i kod
izravnjavanja slegnutih terena ispod građevina, kao priprema budućeg gradilišta, odnosno
poboljšanje svojstava tla pre gradnje novih objekata (kao konstrukcioni element), kao
potpora već postojećim temeljima (sl.38) i sl. Primena konsolidacionog injektiranja u
svrhu pripreme terena gradilišta koristi se isključivo u uslovima u kojima je svaka druga
metoda ekonomski neisplativa.

41/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Okolnosti kod kojih se konsolidaciono injektiranje može upotrebiti kao priprema
gradilišta za gradnju novih objekata su:
- prisutnost tankih i dubokih ''problematičnih zona'' koje bi mogle izazvati velika
sleganja tokom novih opterećenja ili budućih seizmičkih aktivnosti
- prisutnost oslabljenog nadsloja u jako promenjivim krečnjačkim naslagama, gde
duboko temeljenje u zdravoj steni nije ekonomski isplativo.

Sl.38:- Ojačanje tla ispod postojećih temelja objekta i faze injektiranja.

Proces konsolidacije sa povećanom nosivosti koriste razne firme, zasniva se na
injektiranje i širenje smole. Svrha tih procesa je da se poveća stabilnost tla, kako bi se
poboljšala svojstva mehaničke otpornosti i dobio efekt podizanje terena i objekata koji
su u njemu temelje.

Sl.39:- Ojačanje tla ispod postojećih temelja objekta i faze injektiranja.

Studije u ispitnim poljima, pokazale su kako normalne tehnike ubrizgavanja ne mogu
rešiti sve probleme koji su rezultirali lomom i oštećenjem.

Potreba za konsolidacijom tla u homogenu strukturu podrazumeva usvajanje mera i
postupaka koji mogu upravljati injekcionom masomna više načina u skladu sa
karakteristikama tla i postojećih razlika u interakciji tlo - temelj .

Metoda ubrizgavanja zove se smola JET stvorena je kako bi se zadovoljile potrebe, gde
god su potrebne za konsolidaciju i/ili odstranjenje vode u dubini tla.

42/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za širenje smole koriste se mehaničko - hemijska svojstva i razlikuju se prema različitim
stepenima zgušnjavanja u tlu koje želimo postići i od svojstava temelja. Važno je
projektovanje geometrije i šeme za injektiranje, vrstu smole koja se koristi i
pozicioniranje podizanja senzora.

Posebno usvajanje određenih smola omogućava učvršćivanje tla pretežno zasićenjem ili
pukotinama zbog ispiranja procedne vode.

U finije veličine zrna materijala, tehnike ubrizgavanja omogućuju stvaranje više gustih
struktura, visoka krutost koja, zajedno sa širenjem delovanja smole, pridonose značajno
povećanju geotehničkih karakteristika obrađenih materijala.

U takvim tlima vidljiva je superiornost sistema u upoređenju sa normalnim tehnikama
injektiranja jer omogućuje programiranje toka, količinu i dubinu emisija smole.

Ekspanzivna smola sastoji se od smese sa kontrolisanim pritiskom ubrizgava proizvoda.
Reakcija polimerizacije je brza: ona se javlja nakon nekoliko minuta pa je u pratnji
ekspanzije.
Konačna čvrstoća pene dobija se nakon nekoliko sati.

Prednost: Tretman injektiranja smolama je minimalno invazivna i omogućuje delimični
ili potpuni popravak oštećenja: ojačanje temelja, asfaltiranje stabilizaciju i podizanje,
jačanje zidova, punjenje šupljine, itd.

Ova vrsta poboljšanja tla ubrizgavanjem poliuretanskih smola, ekspanzivna - prema
metodi, zahteva specijalizovanu stručnost i veliku veštinu. To se sprovodi samostalno ili
sa drugim komplementarnim tehnikama (zamrzavanje, stvrdnjavanje, odvodnjavanje).

1.1.4.2. Vrste i svojstva tla pogodna za primenu konsolidacionog injektiranja

Vrste tla u kojima se postižu dobri rezultati (efekti) primenom konsolidacionog
injektiranja dele se na 5 kategorija:

 Rastresita krupnozrna tla iznad i ispod nivoa podzemne vode

Tla okarakterisana ovom kategorijom su najpogodnija za upotrebu kompakcionog
injektiranja. U ovakvim tlima se obično javljaju peskovi ili šljunkovi sa sadržajem prašine
i nekih glina. Broj udaraca, dobijeni SPT opitima, obično se kreću izmenu 0 do 15 ili 20.
U ovim tlima kompakciono injektiranje izvodi se bez obzira na postojeću gustinu i
postojanje ili ne postojanje opterećenja.

 Meka nesaturirana sitnozrna tla

U ovim tlima najvećim delom javljaju se mulj i/ili prašina, pa se kompakciono injektiranje
može primeniti samo u slučaju da su tla nesaturirana. Zahvati u debelim saturiranim
slojevima gline i prašine mogu biti i dodatni problem, odnosno dodatno ubrzati sleganje,
pa se u takvim tlima ne bi smelo izvoditi kompakciono injektiranje. Vrednosti N - broja
udaraca za meka nesaturirana sitnozrna tla, dobijene SPT opitima, obično se kreću izmenu
0 i 10.

 Kolapsivna tla

Kompakciono injektiranje uspešno se primenjuje i u lesnim naslagama nastalim nanosima
vetra u suvim područjima. Problem kod ove kategorije može biti saturacija tla izazvana
loše izvedenim drenažnim sistemom na nekom određenom području.

43/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.40:- Ojačanje tla ispod postojećih temelja objekta i faze injektiranja.

 Porozna tla

Popunjavanje pora unutar tla ili stena kompakcionim injektiranjem je efikasnije od
zapunjavanja pora žitkim smesama. Injekcione smese utisnute kompakcionim
injektiranjem lakše je kontrolisati, pa se smese neće dodatno proširivati. Iz tih razloga
kompakciono injektiranje koristi se i kod sanacije terena kod kojih je došlo do urušavanja
pojavom unutrašnjih erozija u podzemlju.

 Tanki nepopravljivi slojevi praćeni određenim opterećenjem

Tla mogu biti suva ili saturirana prašina, glina ili organsko tlo (treset), ali debljine naslaga
ne bi smele biti manje od 2 m a ti slojevi trebaju nalaziti 2 m ispod opterećenja izazvanog
objektima na površini.

Sl.41:- Ojačanje tla ispod postojećih objekata

Sl.42:- Praktična primena konsolidacionog injektiranja na ugroženi stambeni objekat

44/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.4.3. Projektovanje i kontrola kvaliteta konsolidacionog injektiranja

Parametri projektovanja

Pre početka izvođenja konsolidacionog injektiranja, treba izvesti istražne radove na
terenu kojima se ispituju i utvrđuju karakteristike tla i stene, vrsta materijala, njihov
položaj i fizičko-mehanička svojstva. Istražni radovi sprovedeni na terenu i u laboratariji,
prikazuju se geološkim i geotehničkim profilom, koji je nužno potreban za određivanje
optimalnih parametara budućih zahvata, kao što je konsolidaciono injektiranje. Kao i u
svim sličnim projetktnim rešenjima, određivanje parametara uslovljavaju, osim
karakteristika podzemlja, i ekonomska isplativost zahvata.

Važni parametri koji se uzimaju u obzir pri projektovanju radova koji se izvode
konsolidacionim injektiranjem:

a) Razmak između injekcionih cevi
- razmak između cevi se kreće obično 1 i 5 m zavisno od uslova u tlu,
- manji razmak služi za postizanje veće konsolidacije blizu površine terena, pa gde je
debljina nadsloja manjih dimenzija, razmaci su obično između 1,5 do 2.10 m i
- veći razmak se koristi kod većih debljina nadsloja (10 m), i gde su uslovi tla dobri što
ne zahteva veliko poboljšanje tla, razmaci su obično između 2,40 do 3,0 m.

b) Redosled injektiranja
- prvi i najčešće korišćen način injektiranja je od dna prema vrhu izvlačenjem
injekcione cevi,
- drugi način je utiskivanje injekcione smese počevši od vrha prema dnu bušotine.

c) Pritisak tokom injektiranja
- pumpe koje se koriste za konsolidaciono injektiranje trebaju omogućiti pritiske
injektiranja i do 110 kN/cm
2
.

d) Brzina injektiranja
- manje količine injektiranja u iznosu od 0,15 do 0,3 m
3
/min koriste se za injektiranje
oslabljenih dreniranih tla blizu površine,
- srednje vrednosti u razmaku od 0,3 do 1,2 m
3
/min koriste se u uslovima slobodnog
dreniranja i u suvim tlima i
- veće vrednosti od 1,2 do 4,0 m
3
/min koriste se u mekim raspucalim formacijama sa
čvrstom krovinom.

e) Zapremina injekcione smese
- zapremina smese mora biti određena s obzirom na postizanje željenog efekta, jer ne
sme se dogoditi preterano izdizanje terena,
- povećanje zapremine je moguće ukoliko se ne ne vide (postignu) željeni rezultati, tj.
nedovoljno izdizanje terena,
- smanjenje zapremine primenjuje se ukoliko se uoči izdizanje već u ranim fazama
injektiranja,
- zapremina se određuje prema razmaku između injekcionih cevi unutar mreže bušotina
i prema dužini faza injektiranja unutar bušotine.
f) Izdizanje
- pre injektiranja treba postaviti granice izdizanja površine terena odnosno objekata na
površini,
- izdizanja se prate geodetski na površini, pa je potrebno pratiti i najmanja izdizanja u
višestrukim fazama injektiranja i

45/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- kao dobar kriterijum izdizanja smatraju se vrednosti od 1,77 cm za ukupno izdizanje,
ili 0,25 cm za izdizanje pojedine faze injektiranja;

g) Injekciona smesa
- materijal kompakcione smese trebao bi da sadrži dovoljno finih čestica radi
plastifikacije smese, i dovoljno zrnastih materijala radi poboljšanja unutrašnjeg trenja
- komponente injekcione smese su obično pesak/peskovito tlo, i razne primese, kao što
su cement, lebdeći pepeo, bentonit, krupni agregat;
- glavna komponenta injekcione smese je pesak odnosno peskovito tlo koji se koristi
sam ili u kombinaciji sa cementom kao primesom;
- ukoliko je prirodni i dobro grannulisan pesak teško dostupan, može se koristiti i
veštački proizveden materijal u kombinaciji sa lako dostupnim materijalima;
- cement se koristi kao primesa radi povećanja čvrstoće injekcione smese;
- lebdeći pepeo se koristi takođe kao primesa kako bi se dobila odgovarajuća finoća
smese ili kao zamena za cement;
- učešće bentonita u smesi svedeno je na minumum, preterana upotreba bentonita
uzrokuje ponašanje smese kao konzistentne mase i
- šljunak i ostali krupni agregat sa malim zrnima valjčastog oblika (veličine ispod 1,7
cm) se takođe mogu koristiti kao primesa u injekcionim smesama.

1.1.5. MLAZNO (naponsko) INJEKTIRANJE (jet grouting)

Mlazno injektiranje - injektiranje pod velikim pritiskom, pri čemu smesa izlazi iz
mlaznice smeštene na bušećoj garnituri.

Mlazno injektiranje, tj. Jet Grout, je uobičajeni naziv za svaki izvedeni postupak gde se
koristi izuzetno visok pritisak (od 300 do 700 bara, tj. 30 do 70 MPa) za unos energije u
fluid koji se utiskuje u tlo brzinom od 250 do 330 m/s sa ciljem razbijanja strukture tla,
premeštanja čestica, kao i njihovog mešanja sa cementnom smesom.

Sl.43:- Pregled različitih zona oštećenja oko podzemnog iskopa, gde je σr radijalni napon, σt je
tangencijalni napon, γ je prosečna sila opterećenja nadslojeva, a H je dubina iskopa, EDZ - Podni beton
(beton). Zona stresa poremećena od iskopavanja uključuje nepovratna oštećenja. manje promjene
imovine

46/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
• Mlaznim injektiranjem u tlu sestvaraju valjkasta tela sastavljena od mešavine
injekcione smese i čestica tla, koji supoboljšanih karakteristika u odnosu na prirodnotlo.
• Soilcrete (concrete).
• Pogodnom kombinacijom takvih valjaka (eventualno i izduženih panela) tla dobijamo
razne konstrukcije koje mogu rešiti niz geotehničkih problema.
• Koristi se više od 40 godina. Prva primena mlaznog injektiranja datira iz 1970. god. u
Japanu. U Evropi se pojavila tek 1976.

Tehnologija „mlazno injektiranje“ bitno se razlikuje od prethodnih. Njenom primenom
totalno se razbija struktura tla, zato se čestice tla mešaju (in-situ) sa vezivnim sredstvom,
kada nastaje homogenizovana masa poboljšanih mehaničkih svojstava.

Ova tehnologija primenjuje se kod raznih vrsta tla sa raznim injekcionim smesama:
- vodo-cementne,
- vodo-cementno-bentonitne smese,
- u određenim slučajevima koristi se i
- kreč (čisti kreč, kreč sa cementom i dr.)

Sl.44:- Primenjivost injekcionih smesa u odnosu na vodopropusnost tla (Welsh i sar., 1986)

Sl.45:- Primenjivost injekcionih smesa u odnosu na prečnik čestica tla (Welsh i sar., 1986)

47/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.46:- Primenjivost injekcionih smesa u odnosu na prečnik čestica tla (Welsh i sar.,
1986) Soilcrete postupka mlaznog injektiranja

1.1.5.1.Mlazno injektiranje - karakteristike

 koriste se ekstremno visoki pritisci: 30-70 MPa (300-700 bara);
 fluid se utiskuje u tlo brzinom 250-330 m/s;
 velika brzina fluida služi za razbijanje (rezanje) strukture tla, premeštanje čestica
kao i njihovo mešanje sa cementnom smesom.

Tri su osnovna postupka izvođenja mlaznog injektiranja, a koja su ujedno i osnova za još
dvanaestak različitih varijacija. Osnovni postupci su:

 jednofluidni sistem (injekciona smesa),
 dvofluidni sistem (injekciona smesa + vazduh ili injekciona smesa + voda) i
 trofluidni sistem (injekciona smesa + voda + vazduh).

Sva tri sistema mlaznog injektiranja sastoje se od dve osnovne radne pozicije - izrada
bušotine određene dubine i prečnika i izvođenje mlaznog injektiranja, sl.45.

Sl.47:-Faze rada pri izvođenja mlaznog injektiranja

48/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Prikaz razlika izvođenja mlaznog injektiranja sa jednim, dva i tri fluida

Sl.48:-Prikaz razlika izvođenja mlaznog injektiranja sa jednim, dva i tri fluida

Tok (hronologija) razvoja osnovnih sistema mlaznog injektiranja

Sl.49:-Hronologija razvoja osnovnih sistema mlaznog injektiranja

Sl.50:-Uporedni prikaz mlaznog injektiranja sa jednim, dva i tri fluida (Miki i sar., 1984)

49/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.5.2. Parametri koji utiču na injektiranje i oprema

Jednofluidni sistem (5):

- pritisak injektiranja,
- broj i prečnik mlaznica,
- vodocementni faktor injekcione smese,
- brzina podizanja pribora,
- trajanje rotacije
Dvofluidni sistem (5+2):
- pritisak i
- protok vazduha

Trofluidni sistem (ukupno 10, tj. 5 kao i za jednofluidni sistem i 5 bitnih za režim vode
i vazduha):
- pritisak vode,
- prečnik i broj mlaznica za utiskivanje vode,
- pritisak i protok vazduha

Ostali uticajni faktori

- vrsta, zbijenost, plastičnost, vlažnost tla;
-nivo podzemnih voda (NPV);
- količina cementa i
- utrošena energija.

Da bi se postigle dobre vrednosti (jednoosne čvrstoće injekcionog tela izvedenog u tlu)
potrebno je predvideti ugradnju odgovarajuće količine cementa. Odnos između čvrstoće
i količine cementa injekciono ugrađenog u odgovarajući obim tla dat je na dijagramu
(sl.49).

Vodopropusnost mlazno injektiranog tla leži
unutar vrednosti 10
-7
do 10
-9
m/s (10
-5
i 10
-7

cm/s)

Sl.51:- Odnos čvrstoće i količine cementa injektiranog u odgovarajući obim tla

50/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Parametri izvođenja sistema mlaznog injektiranja

U tabelama prikazani su neki tehnički podaci o parametrima izvođenja mlaznog
injektiranja sa raznim sistemima, uz napomenu kako su analize u tabeli 2 izrađene tako
da sistem sa jednim fluidom predstavlja etalon vrednosti veličine = 1,0.
Tabela 2 -Prikaz parametara izvođenja radova kod tri sistema mlaznog injektiranja

Neka upoređenja tri sistema mlaznog injektiranja: prečnici, čvrstoća i utrošak cementa.
Tabela 3 - Prečnik injektiranih stubova kod tri sistema mlaznog injektiranja

Prečnik injektiranih stubova
Vrsta tla Sastav Srednji prečnik - promer (m) Faktor upoređenja
Krupnozrno tlo
Jedan fluid 0,75 1,00
Dva fluida 1,50 2,00
Tri fluida 2,25 3,00
Sitnozrno tlo
Jedan fluid 0,60 1,00
Dva fluida 1,25 2,10
Tri fluida 1,50 2,50

Tabela 4 - Čvrstoća injektiranih stubova kod tri sistema mlaznog injektiranja

Čvrstoća injektiranih stubova
Vrsta tla Sastav Srednja čvrstoća N/mm
2
) Faktor upoređenja
Krupnozrno tlo
Jedan fluid 20,00 1,00
Dva fluida 11,25 0,56
Tri fluida 15,00 0,75
Sitnozrno tlo
Jedan fluid 5,75 1,00
Dva fluida 10,75 1,90
Tri fluida 4,50 0,80

Tabela 5 - Prikaz parametara - utrošak cementa kod tri sistema mlaznog injektiranja

Sastav Utrošak cementa (kg/m
1
) Faktor upoređenja
Jedan fluid 350 1,00
Dva fluida 650 1,85
Tri fluida 1.250 3,60

51/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 6 - Prikaz parametara- zbirna upoređenja kod tri sistema mlaznog injektiranja

Sastav
Srednji prečnik
(m)
Zapremina tela
(m
3
/m
1
)
Utrošak cementa
(kg/m
1
)
Faktor
upoređenja
Jedan fluid 0,75 0,44 350 1,00
Dva fluida 1,50 1,77 650 0,50
Tri fluida 2,25 3,97 1.250 0,40

Dakle, osnovni elementi od kojih zavisi čvrstoća mlazno (naponsko) injektiranog tla su:

1. Vodocementni faktor (što je W/C veći, čvrstoća je niža).

2. Sadržaj cementa (što je veća količina cementa, čvrstoća je veća).

3. Vrsta tla i granulometrijski sastav (u pesku i šljunku postižu se veće čvrstoće
nego u glini i prašini).

4. Starost (što je injektirana smesa starija, to joj je i veća čvrstoća, s tim da je porast
čvrstoće sporiji nego kod betona).

5. Korišćeni sistem mlaznog injektiranja (1 fluid, 2 fluida ili 3 fluida).

Prečnik injektiranog tela zavisi od više faktora, a ograničavajući element je vrsta tla i
primenjena tehnologija (broj fluida korišćen pri izradi).

Tabela 7 - Odnos vrste tla i mogućih prečnika injekcionih tela

Čvrstoća injektiranog tla i modul elastičnosti su, takođe, posledica vrste tla u kojem se
injektira, te je moguće postići sledeće vrednosti, tabela 8:

Tabela 8 - Moguće čvrstoće injektiranog tela u različitim vrstama tla

JEDNOOSNA PRITISNA ČVRSTOĆA
INJEKTIRANOG T ELA
MODUL ELASTIČNOSTI
INJEKTIRANOG TELA
Šljunak do 20,0 N/mm
2
(20,0 MN/m
2
) 10 000 – 15 000 MN/m
2

Pesak do 15,0 N/mm
2
(15,0 MN/m
2
) 7 000 – 10 000 MN/m
2

Prah i glina do 8,0 N/mm
2
(8,0 MN/m
2
) 4 000 – 5 000 MN/m
2

Organsko tlo do 3,0 N/mm
2
(3,0 MN/m
2
) 1 500 – 3 000 MN/m
2

Faktor sigurnosti bitno zavisi od konstrukcije, a okvirna vrednost mu je Fs = 2,0

Vrsta tla Prečnik (cm)
ŠLJUNAK 80 – 120
Sa malo peska do 100
Sa puno peska 80 – 90
PESAK 55 – 80
Vrlo zbijen 55 – 60
Srednje zbijen 70 – 75
GLINA 45 – 100
Žitka do 100
Meka do 75
Polučvrsta do čvrsta 45 – 50
Čvrsta 55 – 60
ORGANSKO TLO I NASIP vrlo promenljivo (do 100)

52/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Upoređivanje ove tri osnovne metode injektiranja nije laka i jednostavna. Razlog tome je
što dobijeni prečnici injektiranog tela zavise od više parametara koje je teško ujednačiti,
zato je svako upoređivanje uslovno merodavno.

1.1.5.2.1.Jednofluidni sistem mlaznog injektiranja

Jednofluidni sistem mlaznog injektiranja je najjednostavniji i
najrasprostranjeniji sistem.

Kod njega injekcioni mlaz služi za razbijanje strukture tla (rezanje)
i mešanje injekcione smese. To je u stvari mešanje in-situ a manje
je prisutno premeštanje čestica.

Orijentacija rotirajućeg mlaza može biti od horizontalnoge do
vertikalnog položaja.

Sl.52:- Šema jednofluidnog sistema mlaznog injektiranja

Ovaj sistem izaziva najmanje izbacivanje tla na površinu, tj. najmanje je izražen problem
osiguranja protoka fluida uz bušeći pribor prema površini tla. Takođe, kod ovog sistema
izraženije je zbijanje tla oko plašta injektiranog valjka, i to u širini od oko pola prečnika
injektiranog valjka.

Kod jednofluidnog sistema postoji šest parametara koji direktno utiču na injektiranje, to
su:
1- pritisak injektiranja,
2- broj mlaznica,
3- prečnik mlaznica,
4- vodocementni faktor injekcione smese,
5- brzina podizanja pribora,
6- trajanje rotacije.

Uz isti utrošak cementa kod ovog sistema postižu se najveće čvrstoće injektiranog tla.

Prečnik valjka injektiranog tla kod ovog sistema je najmanji (otprilike 40 do 60 cm u
glinovitom tlu, ili od 50 do 120 cm u peskovitom tlu). Prečnik valjka ditektno zavisi od
snage pumpanja i od protoka injekcione smese. Visokopritisna pumpa pri tome je kritični
element u čitavom sistemu, i zato treba biti tako odabrana da garantuje protok od oko 60
do 220 l/min, uz pritisak od oko 400 do 500 bara, i to u vremenu od jedan do osam sati
kontinuiranog rada.

Pribor za bušenje i injektiranje kod jednofluidnog sistema ima središnu rupu, a prečnik
mu je obično 90-110 mm (min oko 65 mm). Debljina zida pribora je oko 10 mm. Bušenje
može biti konvencionalno rotacijom, rotaciono udarno ili kombinacija rotacionog bušenja
i mlaznog ispiranja tla. Mlazno ispiranje ubrzava bušenje i pospešuje vertikalnost
bušotine. Kad se bušenjem dostigne predviđena dubina, uključuje se visokopritisna
pumpa i počinje injektiranje uz stalnu rotaciju i postepeno podizanje pribora (najčešće u
inkrementima visine koji se unapred odrede, odnosno unapred određenom brzinom
podizanja pribora).

Povećanje prečnika injektiranog valjka postiže se u prvom redu povećanjem trajanja
injektiranja na nekom horizontu, a ne, kako se to često misli, povećanjem pritiska
pumpanja.

53/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.53:-Izgled i prečnik injektiranog stuba - valjka

1.1.5.2.2.Dvofluidni sistem mlaznog injektiranja

Osnovna karakteristika dvofluidnog sistema je istovremeno
injektiranje injekcionog mlaza velike brzine unutar konusa
komprimovanog vazduha. Tehnologija dvofluidnog sistema
mlaznog injektiranja predstavlja relativno jednostavno
unapređenje jednofluidnog sistema, zato sve navedeno u poglavlju
Jednofluidni sistem mlaznog injektiranja važi i kod dvofluidnog
sistema.
Razlike u sistemima su parametri koji utiču na injektiranje, tj. osim
ranije nabrojanih šet uticajnih parametara u slučaju jednofluidnog
sistema, kod dvofluidnog sistema prisutna su i dva dodatna, a to
su pritisak i protok vazduha.

Sl.54:-Dvofluidni sistem vazduh - cementna suspenzija

Takođe treba napomenuti da se u trošnim (nevezanim) tlima češće koristi jednofluidni
sistem, dok je, s drugestrane, u vezanim tlima (koherentnim),
pozitivni uticaj vazduha je naglašeniji, pa se zato, u takvim tlima
češće koriste dvofluidni sistemi.

Konačno, glavna razlika je u prečmicima injekiranog tela. Naime,
zbog prisustva vazduha dolazi do povećanja prečnika injekcionog
valjka tla za 2 do 2,5 puta u odnosu na jednofluidni sistem.

Sl.55:-Dvofluidni sistem voda - cementna suspenzija

Do povećanja prečnika dolazi iz više razloga:

 Komprimovani vazduh seče prelaznu zonu između injekcionog
mlaza i podzemne vode pa se injekcioni mlaz širi dvostruko
više nego kad se radi bez vazduha.
 Tlo razbijeno mlazom ne dospeva natrag u injekecioni mlaz što smanjuje izgubljenu
energiju izazvanu turbulencijom čestica tla.
 Čestice razbijenog tla su pokterljivije - pomeraju se iz zone razaranja i kroz mehuriće
komprimovanog vazduha ispiru se prema površini.

54/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Osnovni nedostatak dvofluidnog sistema je što injektirano tlo sadrži više vazduha, a to
rezultira nižim kvalitetom (čvrstoćom) u odnosu na jednofluidni i trofluidni sistem.

Oprema za izvođenje dvofluidnog mlaznog injektiranja je složenija od one kod
jednofluidnog. Dvostruke šipke sastoje se od unutrašnje i spoljne. Unutrašnja šipka
standardno se koristi za protok injekcione smese, a prostor između unutrašnje i spoljne
šipke koristi se za vazduh. Taj prostor je širine oko 5 mm. Važno je da taj 5 mm široki
prostor bude sve vreme prohodan (prazan). U suprotnom praktično se izvodi injektiranje
prema karakteristikama jednofluidnog sistema.

Problem održavanja čistog prolaza za vazduh izuzetno je otežan ako se radi na većim
dubinama koje traže nastavljanje šipki bušećeg pribora tokom rada. Tada je verovatnost
da injekciona smesa začepi ovaj prostor izuzetno velika. Kako bi se sprečilo da se
prilikom bušenja začepi mlaznica za vazduh, ona je zaštićena gumenim čepom, koji se
otvara kad se počne utiskivati vazduh.

1.1.5.2.3.Trofluidni sistem mlaznog injektiranja

Trofluidni sistem mlaznog injektiranja najsloženiji je od sva tri sistema injektiranja. Ovaj
postupak podrazumeva istovremeno utiskivanje tri različita medija (fluida) -vazduha,
vode i injekcione smese. Prilikom rada istiskuje se veća količina čestica tla na površinu
pa se tada velika količina tla izmeni sa injekcionom smesom -skoro 50 %.

Kod trofluidnog sistema postoji ukupno deset parametara koji direktno utiču na
injektiranje, tj. šest kao i za jednofluidni sistem, kao i dodatnih pet parametara povezanih
sa režimom vode i vazduha (pritisak vode, prečnik i broj mlaznica za utiskivanje vode,
pritisak i protok vazduha). Prečnik injektiranih valjaka je najveći i dostiže u glinovitim
tlima 50 do 150 cm, a u peščanim 50 do 250 cm. Ovaj povećani prečnik posledica je
činjenice što se posebno injektira voda i vazduh posebno injekciona smesa.

Nema posebnog pravila kroz koju od tri cevi treba ići koji fluid, bitno je jedino da mlaz
vazduha i vode bude iznad mlaza injekcione smese.

Sl.56:- Ttofluidni sistem voda - vazduh - cementna suspenzija

55/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Šema instalacije na gradilištu

Sl.57:-Procedura B
Procesi B i BL primarno se koriste u nekohezivnim tlima.
U procesu BL, sa dodatkom vazduha povećava se obim injektiranja.

Sl.58:- Procedure WBL

56/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Procedure WB i WLB

WB i WLB procesi prvenstveno se koriste u kohezivnim tlima. U oba postupka, struktura
tla je erodirana od visokopritsnog vodenog mlaza a zatim se meša sa suspenzijom veziva.

Tabela 9- Procedure B, BL, WB i WLB

Dakle, na slikama 53 i 65 prikazani su izvedeni injekcioni stubovi na jednom probnom
polju (radove izvela firma "Bauer"). Tokom rada menjani su razni parametri izvođenja
(npr. pritisak, utrošak injekcione smese, vreme injektiranja, visina podizanja pribora i
sl.). Vidi se kako se u istom tlu razlikuju izvedena tela, u prvom redu prečnik stubova, ali
menja se i čvrstoća injekcionog valjkastog tela.

Očigledno je, da je na odgovarajući način, potrebno projektovati elemente mlazno
injektirane konstrukcije, kao i odrediti izvođačke parametre, kako bi se stvarno i izvela
projektovana konstrukcija.

Izvođač radova treba (mora), zavisno od raspoložive opreme, odrediti izvođačke
parametre, s tim da projekat treba predvideti realno izvedivu konstrukciju, pri čemu su
parametri tla od presudne važnosti.

I pored svih znanja i iskustava, na svakoj lokaciji treba predvideti izvođenje
odgovarajućeg probnog polja, na kojem će se proveriti (po potrebi i korigovati) elementi
izvođenja konstrukcije mlaznog injektiranja.

Kod izrade projekta mlaznog injektiranja neophodno je definisati realne tehničke
karakteristike osnovnog konstruktivnog elementa, a to je injekciono telo tj. nosivi stub u
tlu. Njegovi osnovni elementi su: dužina, prečnik, čvrstoća injektiranog tela,
vodopropusnost, modul elastičnosti.

 Dužina

Dužina injekcionog tela (stuba) zavisi od raspoloživoj tehnologiji (bušilici) i kreće se do
nekih dvadeset (čak i trideset) metara.

 Prečnik

Prečnik injekcionog tela zavisi od radnih pritisaka i vremena injektiranja, a
ograničavajući element su karakteristike tla, tj. vrsta tla, tabela 7.

 Karakteristike inekcionog tela izvedenog u tlu

57/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zavisno od vrste tla moguće je postići sledeće jednoosne čvrstoće injekcionog tela
izvedenog u tlu:
- u šljunku do 20,0 N/mm
2

- u pesku do 15,0 N/mm
2

- u prašini i glini do 8,0 N/mm
2

- u organskom tlu do 3,0 N/mm
2

Da bi se postigle dobre vrednosti (jednoosne čvrstoće injekcionog tela izvedenog u tlu)
potrebno je predvideti ugradnju
odgovarajuće količine cementa. Odnos
između čvrstoće i količine cementa
injekciono ugrađenog u odgovarajući obim
tla vidljivdat je na dijagramu (sl.56).

Vodopropusnost mlazno injektiranog tla
leži unutar vrednosti 10
-7
do 10
-9
m/s (10
-5
i
10
-7
cm/s).

Sl.59:- Odnos čvrstoće i količine cementa
injektiranog u odgovarajući obim tla

1.1.5.3. Odnos pritiska i protoka fluida kod mlaznog injektiranja

Mehanizam mlaznog injektiranja može se tumačiti kroz analizu osnovnih odnosa pritiska,
protoka i brzine injekcionog mlaza. Normalna veličina pritiska koja se koristi kod
mlaznog injektiranja je oko 500 bara, a pri tome je brzina injekcionog mlaza oko 300 m/s
(1.080 km/h). Kod injekcione smese sa vodocementnim faktorom W/C - 1/1 to odgovara
stubu visine oko 3.600 m.

Kod malih udaljenosti između pumpne stanice i položaja injektiranja gubitak pritiska kroz
cevi (lokalni gubici) je zanemariv, posebno u upoređenju sa visinom pumpanja (3.600
m). Kako je brzina injekcione smese u bušećim cevima relativno mala, to je kod
uobičajenih dužina cevi i pad pritiska između mlaznice i bušeće glave takođe mali. S
obzirom na male gubitke pritiska, moguće je postaviti Bernulijevu (Bernoulli) jednačinu
za proračun idealne brzine injekcionog mlaza:

vi =√2 .&#3627408468;.&#3627408443;&#3627408477; (1)
gde je:
- vi - brzina injekcionog mlaza,
- Hp - visina injekcione smese (zavisna odpritiska pumpanja i gustoće injekcione smese),
- g - konstanta gravitacije - 9,81.

Gornji izraz može se koristiti za izračunavanje brzine mlaza u vazduhu i uronjenog u
vodu.
Visoki pritisak injekcionog mlaza potreban za razaranje strukture tla stvara nadzvučne
brzine injekcionog fluida. Visoki pritisci injekcionog fluida mogu izazvati hidraulični
lom tla, tj. dovesti do velikih izdizanja površine terena uz veliki porast pornog pritiska.
Ispravnim i kontrolisanim izvođenjem mlaznog injektiranja, podizanje terena i porast

58/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
pornog pritisaka će biti mali. Najvažnije je da je otvoren put injekcione smese od mlaznice
prema površini terena. Tada je u tlu prisutan samo hidrostatički pritisak koji je zavisan od
udaljenosti položaja injektiranja do površine terena (težina nadsloja smese do površine
terena). Ako je taj put zatvoren (delimično ili potpuno - se npr. često događa u mekim
glinama), tada porni pritisak u tlu može porasti na veličinu pritiska na pumpi. Očigledno
je da stanje bez slobodnog puta prema površini ne može potrajati dugo i tlo se duž bušećih
cevi počinje istiskivati na površinu. U takvom slučaju rukovaoc mašine treba prekinuti
injektiranje pre nego se napravi šteta. Idealna brzina injektiranog mlaza vi, iz izraza (1)
može se koristiti za proračunavanje protoka Q kroz mlaznice:

&#3627408504;=&#3627408490;
&#3627408516;∙
??????
&#3627409362;
.∅
&#3627408526;
&#3627409360;
∙&#3627408490;
&#3627408535;∙&#3627408535;
&#3627408522;

Qtotal = n x Q (2)
gde je:

- Cc - bezdimenzionalni koeficijent kontrakcije injekcionog mlaza (0,95 do 1,0),
- ϕm - promer mlaznice,
- Cv- bezdimenzionalni koeficijent brzine (0,8 do 0,98),
- Q - protok kroz jednu mlaznicu i
- n - broj mlaznica.

Potrebna snaga koja može ostvariti traženi protok prema izrazu (2) proračunava se
izrazom:
P = Qtotalx p
gde je:
- P snaga u hidrauličkom mediju [kW],
- p pritisak pumpanja [kN/m
2
],
- Qtotal ukupan protok [m
3
/s].

Snaga koju treba ostvariti motor je za oko 15% veća od one u hidrauličnom mediju, te
proizlazi da se za injektiranje smese sa W/C = 1/1, pumpane sa 500 bara kroz dve
mlaznice prečnika 2,0 mm i idealne brzine mlaza od 300 m/s, ostvaruje protok od oko 90
l/min uz minimlnu snagu motora od 75 kW. Iz ovoga se vidi da su potrebne pumpe sa
motorima velike snage.

Primena mlaznog injektiranja - primenjuje se kod velikog broja raznih konstrukcija. Kod
nekih od njih (npr. ojačanje temelja, potporne konstrukcije, zaštita iskopa tunela, i sl.) ali
je važna i čvrstoća injektirane zapremine tla.

Sastav mlazno injektirane zapremine tla u suštini je sličan betonu. Materijal sadrži čestice
tla, cement, nešto vazduha (pore) i vodu (mlazno injektirana zapremina tla se u nekoj
literaturi često naziva "soil-crete" - mešavina tla i cementa.

Sl.60:- Slika koso - pravo injektiranje

59/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.61:- Koraci - faze izvođenja mlaznog injektiranja

Sl.62:- Koraci - faze izvođenja mlaznog injektiranja - primena mehanizacije

Sl.63:-Mlazno injektiranje tla, izrada neprekinutih zavesa u tlu

60/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 64: - Faze izvođenja mlaznog injektiraa - izrada zavesa

Sl.65:-Izgled mlazno injektiranih tela - stubova (iskopana opitna deonica)

Sl.66:- Faze izgradnje sidrenja u aluvionu

Hemijsko injektiranje sidra u Hemijsko injektiranje sidra u
stratifikovanom sitnom pesku homogenom sitnom pesku.
Sl.67:- Hemijsko injektiranje sidra u peskovima

61/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Da ponovimo:

Osnovni elementi od kojih zavisi čvrstoća mlazno (naponsko) injektiranog tla su:
1. Vodocementni faktor (što je W/C veći, čvrstoća je niža).
2. Sadržaj cementa (što je veća količina cementa, čvrstoća je veća).
3. Vrsta tla i granulometrijski sastav (u pesku i šljunku postižu se veće čvrstoće
nego u glini i prašini).
4. Starost (što je injektirana smesa starija, to joj je i veća čvrstoća, s tim da je
porast čvrstoće sporiji nego kod betona).
5. Korišćeni sistem mlaznog injektiranja (1 fluid, 2 fluida ili 3 fluida).

1.1.5.4. Zaključak o izvođenju mlaznog injektiranja

• Izvođenje injektiranja sa 2-fluidnim sistemom postiže se skoro dvostruki prečnik
valjka u odnosu na 1-fluidni, a kod 3-fluidnog sistema on je približno 3 puta veći od
prečnika valjka izvedenog sa 1-fluidnim sistemom, ali samo 50% u odnosu na izradu sa
2 -fluidnim sistemom.

• Utrošak cementa raste sa porastom obima injektiranog tela ali njegovoučešće u
mešavini „cement - čestice tla“ pada. Time je delom objašnjiv i određeni pad čvrstoće
injektirane mase tla kod rada sa više fluida u odnosu na jedan.

• Cena opreme za rad sa više fluida znatno se povećava, a to bitno utiče i na cenu
konačnog proizvoda

Sl.68:- Izvođenje mlaznog injektiranja - fluidni sistemi injektiranja
PREDNOSTI

• Može se koristiti kod svih vrsta tla (šljunak, pesak, prašina, glina) sa ekološki
prihvatljivim vodo-cementnim injekcionim materijalima,
• Veliki prečnici valjaka injektiranih stubova tla (50-300 cm) izvode se priborom malih
dimenzija
• Prepreke u tlu (npr. komadi drveta, gromade kamenja i dr.) mogu biti zaobiđene ili
uklopljene u injektiranu zonu tla,
• Mlazno injektiranje može započeti na gotovo svakoj (dostupnoj) dubini, i biti završeno
na bilo kojem nvoui ispod površine terena i
• Mlazno injektiranje može se izvodi u svim pravcima - položajima u odnosu na
površinu terena (vertikalno, koso i horizontalno).

62/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
NEDOSTACI
• Osnovni nedostatak je zahtev za osiguravanjem nesmetane komunikacije (toka) fluida
od položaja injektiranja do površine terena. Ako je komunikacija sprečena, to može
izazvati hidraulički slom tla.
• Cena može biti vrlo visoka.
• Čvrstoće injektiranog tla dosta variraju, a kod prašinastih i glinovitih vrsta tla relativno
su niske.
• U slučaju velikih brzina podzemnih voda, može se desiti ispiranje cementa (pre no što
on veže), što onda utiče na kvalitet očvrsle injektiranezapremine tla.
Zap injektiranje najčešće se koristi cementni malter ili druge smese cementa, gline,
bentonita, hemijskih sredstava, bitumenskih i drugih emulzija.

Sl.69:- Nomogram najčešćeg učešća materijala za injektiranje, US standard

1.1.6. Lokalno injektiranje

Lokalno (tzv. prepakt metoda) za zapunjavanje pojedinačnih šupljina - kaverni, pri čemu
se zapunjava prvo granulisanim šljunkom, a zatim injektira cementno-bentonitnim
injekcijama.
- Postavljanje čistog agregata u pripremljenu oplatu
- Postavljanje sistema samlaznicama i puštanje injekcione smese koja popunjava
šupljine između agregata

Sl.70:- Sekcija - deo koji prikazuje osnove pripremljenog popravka (prepakt metoda)

63/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.7. Primena injektiranja u građevinarstvu (sistemi i tehnologije injektiranja)

Najznajznačajnije vrste injektiranjasu:
kontaktno;
vezno;
zaptivno;
konsolidaciono i
naponsko.

Za sprečavanje prodiranja vode ispod temelja visokih
brana izvodi se injekciona zavesa. To je niz bušotina u
koje se injektira sredstvo koje pod pritiskom prodire u
šupljine u tlu.

Sl.71:- Izvođenjem injekcione zavese

1.1.7.1. Injekcione zavese

Zavesa se sastoji od dubokih injekcija ispod temelja brane i njenih bokova, ubrizganih sa
ciljem da se spreči proceđivanje i odlazak vode iz veštačkog jezera. Zavesa se obično
produžuje do nepropusnih slojeva, ukoliko se ovi nalaze na dohvatnoj dubini, ali može
biti i lebdeća, kao što je na brani Peruća. Dubina zavese redovno ne prelazi visinu brane,
ali u propustljivim terenskim uslovima može dostići i trostruku visinu brane. Dužina
zavese utvrđuje se prethodnim sondažnim bušenjem terena i ispitivanjem njegove
propustljivosti.

Sl.72:-Brana Peruća

Tereni u kojima gubitak vode po dužinskom metru bušotine ne prelazi 1 l/(s x m), na
10 bara pritiska vode, smatraju se praktično nepropusnim za vodu. Za brane visine manje
od 30 metara, ovaj kriterijum se ublažava do 3 l/(s x m), na 10 bara pritiska vode. Potreban
utrošak injekcione smese utvrđuje se praktičnim injekcionim poljem na mestu brane.
Takođe, utvrđuje se potreban razmak bušotina, koji se kreće od 2 do 5 metara.

Injektiranje se danas izvodi pod pritiskom do 60 bara, ali se, za svaki slučaj, mora utvrditi
prema stvarnim uslovima na terenu. Zavesamože biti jednoredna, dvoredna ili
troredna.Težise da bude najviše dvoredna, kako bi se smanjli troškovi izvođenja i skratilo
vreme završetka radova. Za manje propusne stene utrošak suve materije za injektiranje
iznosi svega nekoliko kilograma, a za vrlopropusne, krečnjačke stene, penje se do
nekoliko stotina kilograma. Na brani Peruća on je iznosio 300 kg/m.

64/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za injektiranje se upotrebljavaju čiste cementne smese, cement sa peskom, cement
sa glinom, sa bentonitom, vodeno staklo i drugi hemijskesmeše, zavisno od stepena
raspucanosti sredine i karakteru pukotina. Bentonit i vodeno staklo sprečavaju da u vrlo
šupljikavim stenama smesa nepotrebno odlazi u širinu, što bi poskupilo radove. Po
položaju, injekcije mogu biti vertikalne ili kose, što zavisi od uslojenosti terena.

Zavesa se može injektirati ili pre početka radova na iskopu temelja, što zahteva veliku
dužinu jalovog bušenja, ili nakon dovršenja radova na iskopu, ili pak
nakon betoniranja najdonjih slojeva brane, kada se stvori potreban nadsloj, što sprečava
izdizanje pojedinih slojeva. Zavesa se obično nalazi sa uzvodne strane ispod temelja.
Time se ujedno smanjuje uzgon, što je za gravitacione brane veoma važno.
Smanjenje uzgona:
1. Izvođenjem injekcione zavese - injektira se smesa za povećanje vododrživosti,
2. Dreniranjem iza injekcione zavese,
3. Produžavanje puta izvodi se izvođenjem horizontalnog slabo vodopropusnog zastora.

Sl.73:- Smanjenje uzgona izvođenjem injekcione zavese injektira se smesa za povećanje
vododrživosti

Sl.74:- Smanjenjeuzgona dreniranjem iza injekcione zavese

65/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.75:- Smanjenje uzgona izvodi se produžavanjem horizontalnog slabo vodopropusnog
zastora (najčešće glina).

Nakon završetka izrade zavese i betoniranja donjih delova brane, vrši se vezno
injektiranje po celoj površini temelja, da bi se brana sa stenom povezala u monolit; dubina
ovih injekcija obično ne prelazi 2 do 5 metara. Injektiranje se sprovodi bilo iz kontrolnog
hodnika ili sa nizvodnog lica brane. Prema dosadašnjem iskustvu potrebno je na svakih 4
do 7 m
2
površine temelja jedna bušotina. Ove inekcije ujedno služe za poboljšanje
kvalitete stena koja je miniranjem bila oštećena pri iskopu. Lučne brane zahtevaju
injektiranje duž celog perimetra brane; normalno je potrebno da se obavi i konsolidaciono
injektiranje ispod cele širine njihovog temelja, da bi se poboljšao kvalitet i smanjile
deformacije podloge. Dubina ovih injekcija iznosi najmanje polovinu širine temelja.

Sl.76:- Izrada (postavljanje) injekcione zavese na brani „Grančarevo“

66/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Primena tehnologije injektiranja i sistema injektiranja u rudarstvu i građenju
tunela i podzemnih objekata

- Ojačavanje stenske mase, poboljšavanje mehaničkih svojstava stenske okoline, najviše
čvrstoće pri zatezanju i pri pritisku;
- Poboljšanje mehaničkih svojstava eksploatisanih minerala pre eksploatacije;
- Smanjivanje i sprečavanje doticanja vode u rudnike;
- Ankerisanje i stabilizacija stena;
- Smanjenje prodiranja gasa u oblast rudnika;
- Sprečavanje neželjenog isticanja gasa iz rudnika u okruženje;
- Sprečavanje isticanja otpadnih voda iz napuštenih oblasti rudnika;
- Sprečavanje proticanja neželjenih vazdušnih struja u rudniku;
- Ispunjavanje višestruko izlomljenih - ispucalih stena;
- Injektiranje brana i njihove okoline radi sprečavanja infiltracije vode;
- Ankerisanje i injektiranje površine uglja za vreme eksploatacije;
- Injektiranje stena male stabilnosti za vreme tunelogradnje i iskopavanja u
horizontalnim jamama rudnika;
- Obezbeđivanje prelaza radova u rudniku preko tektonskih oštećenja.

Kod izrade (sanacije) tunela primenjuju se sledeće vrste injektiranja:
- vezno (popunjavanje šupljina između tunelske obloge i tla, tj. stene),
- kontaktno (povezivanje tunelske obloge i stene, povezivanje više slojeva obloge ili
betonske obloge i čelične podgrade),
- konsolidaciono (poboljšanje mehaničkih svojstava stene cementno-betonskom
smesom uz dodatak peska),
- pritisno - naponsko (stvaranjem pritiska u okolini tunelske obloge ili betonske
konstrukcije postiže se prednaprezanje konstrukcija),
- zaptivno (postizanje vodonepropusnosti oko građevine ili ispod nje) kao i
- lokalno (tzv. prepakt metoda za zapunjavanje pojedinačnih šupljina - kaverni, pri
čemu se zapunjava prvo granulisanim šljunkom, a zatim injektira cementno-
bentonitnim injekcijama).

Sl.77:- Injektiranje: primer kontaktnog injektiranja tunela

67/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Poseban postupak je mlazno injektiranje (vidi 1.1.5. i 1.1.7.6. engl. jet grouting) pod
velikim pritiskom, pri čemu smesa izlazi iz mlaznice smeštene na bušaćoj garnituri.
Injektiranje se izvodi građevinskom mašinom - uređajem injektorom.

Sl.78:- Injektiranje: primer zaptivnog i konsolidacionog injektiranja tunela i naponskog
kod stabilizacije temelja: 1. konačna betonska obloga, 2. folija od plastike-
hidroizolacija (PVC ili tsl), 3. betonska obloga, 4. torkret-beton, 5. zona injektirana
cementom, 6. zona injektirana akrilnim smolama, 7. zona injektirana cementom, 8.
zaptivanje cementnim i hemijskim smesama.

Sl.79:- Injektiranje: kontakt beton-stena: 1. beton, 2. stena, 3. injekcioni vod, 4. gumena
zaptivka

Sl.80:- Injektiranje ugrađenih sidara (naponsko injektiranje)

68/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.7.2. Kontaktno injektiranje

Kontaktnim injektiranjem postiže se bolji kontakt objekta i stenske mase nego što je on
bio pre injektiranja. Kod hidrotehničkih tunela i okana pod pritiskom, kontaktno
injektiranje se izvodi samo u onim slučajevima kada stenska masa treba da primi
unutrašnje hidrostatičke pritiske, a obloga ima za cilj samo da obezbedi projektovani
oblik tunelskog otvora. Pri tome, kontaktnim injektiranjem (sl.81). se obezbeđuje
kontinuirano prenošenje unutrašnjih pritisaka na stensku masu, odnosno bolje sadejstvo.

Sl.81:- Pregled različitih zona oštećenja oko podzemnog iskopa koju treba sanirati
kontaktnim injektiranje.U EDZ zonu su:σr radijalni napon, σt je tangencijalni
napon, γ je prosečna sila opterećenja nadslojeva, a H je dubina iskopa.

U protivnom, betonska obloga bi zbog postojanja prostora nepopunjenog betonom morala
u celini da primi unutrašnji pritisak, morala bi biti dimenzionisana saglasno takvim
uslovima. Slični efekti se ostvaruju i kod kontaktnog injektiranja betonske obloge i
čelične košuljice, ako ona postoji, ili eventualno dvoslojne betonske obloge kod tunela u
kome su tečnosti pod relativno velikm pritiscima (npr. tuneli kojima se voda dovodi iz
akumulacionog bazena na turbine,vodostani i dr.).

Sl.82:-Tunel i zona kontaktnog injektiranja

69/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Injektiranje se izvodi tako što se prvo izbuše bušotine, a onda se kroz njih utiskuje
injekciona masa. Dužina bušotina je uslovljena debljinom obloge, dimenzijama i
oblikom praznog prostora koji se injektira. Kod tunela kružnog poprečnog preseka,
bušotine su radijalno raspoređene.

Injektiranje se izvodi planski i to tako da se prvo utiskuje injekciona masa u bušotine koje
se nalaze u podnožnom svodu (u donjem delu objekta), a zatim naizmenično levo i desno
prema kaloti, a zadnja bušotina u najvišem delu kalote-objekta.

Injekcioni pritisak treba da bude toliki da obezbedi popunu praznog prostora između stene
i obloge, ili između više obloga. Ne sme da bude ni previsok, jer bi se time injektirala i
stenska masa, što nije zadatak kontaktnog injektiranja, niti prenizak da zbog toga ne bude
uspešno završeno kontaktno injektiranje. Po pravilu, pritisci su na početku procesa
injektiranja niži, a na kraju viši. Pritisak injektiranja je obično u ganicama 0,3-0,5 MPa.

1.1.7.3. Vezno injektiranje

Veznim injektiranje se postiže bolje sadejstvo objekta i stenske mase. Izvodi se u
kontaktnoj zoni objekta i stenske pri čemu je debljina te zone obično 0,5 m do nekoliko
metara. Stenske mase su u toj zoni obično ispucalije nego u dubljim delovima terena.
Razlog tome su uticaji iskopavanja, miniranja i oslobađanja napona uopšte. Kada
se pukotine, ili drugi prazni prostori u zoni veznog injektiranja zapune injekcionom
masom, postiže se bolja veza objekta i terena.Vezno injektiranje se primenjuje kod
podzemnih objekata i betonskih brana.

Kod hidrotehničkih objekata i okana pod pritiskom, skoro uvek se izovdi vezno
injektiranje i to do dubine 0,5-1 m, zavisno od dimenzija objekta, broja i
rasporeda bušotina. Injekcioni pritisak je obično jednak unutrašnjem pritisku, koji će
vladati u hidrotehničkom objektu pri njegovoj eksploataciji.

Osnovni zadatak veznog injektiranja je da se u zoni terena gde su najveći uticaji objekta
na teren i obrnuto, poboljšaju mehanička svojstva stenskih masa. Pored toga, veznim
injektiranjem se smanjuju uticaji podzemnih voda na objekat i vodopropustljivost terena.

1.1.7.4. Zaptivno injektiranje

Izvodi se u cilju zaptivanja poroznosti u stenskoj masi i sprečavanja kretanja podzemnih
voda. Kao mera može imati privremeno ili trajno dejstvo.

Injekcione mase su, po pravilu, višekomponentne, tj. kombinacija: gline, cementa ivode.
Njima treba sprečiti kretanje vode, a nije potrebno da imaju velike čvrstoće. Obično je
dovoljno, sa stanovišta zaptivanja, da je njihova čvrstoća takva da ih pritisak vode i njeno
kretanje ne razori. Uobičajeno je težinsko učešće cementa oko 75%, a bentonita do 30%.
Prednost tiksotropnih masa, u odnosu na cementne, je u tome što su one penetrativnije i
ekonomičnije.

Zaptivno injektiranje veliku primenu je našlo kod visokih brana. Za ove objekte izvode
se injekcione zavese koje, u zavisnosti od njihovog položaja u odnosu na branu,i dobijaju
nazive. Tako, na primer, mogu biti:
• dubinske (ispod tela brane);
• bočne (u bokovima brane);
• obodne (po obodu akumulacionog jezera).

70/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Cilj i zadatak izvodjenja injekcionih zavesa je:

♦ smanjenje gubitka vode iz akumulacije, na mestu brane i iz akumulacionog bazena
uopšte;
♦ sprečavanje štetnog uticaja filtacionih tokova vode, ispod i oko brane. Time se
onemogućuje iznošenje sitnih čestica iz betona i stenske mase i sprečavaju štetni
procesi koji bi time bili izazvani;
♦ smanjenje uzgona, čime se povećava stabilnost objekta.

Injekciona zavesai/ili zastor sprečava ili produžava put procednoj vodi, čime smanjuje
uzgon i procedni protok kroz branu i temelj.

Kako je rečeno, u tehno-ekonomskom smislu, injekcione zavese su veoma komplikovani
tehnički objekti, a u ekonomskom pogledu su vrlo skupi. Elementi svake zavese moraju
biti prilagođeni specifičnostima konkretnog objekta i geološke građe terena

Zavese prema dubini i vodonepropusnoj podlozi ispod objekta mogu biti:
• vezane i
• lebdeće.
- Vezane zavese su izvedene do vodonepropusne, prirodne, sredine - sloja.
- Lebdeće ne dopiru do vodonepropusnogsloja, stim što se za kriterijum dubine dubinskih
zavesa usvaja ona dubina na kojoj je vodopropustljivost 1 Lu (u nekim slučajevima 2
ližona).
- Za bočne zavese kritična dubina je ona na kojoj je vodopropustljivost 2 Lu (odnosno 4
Lu: 1Lu = 1 lit/min/m′/1MPa).

Položajdubinske injekcione zavese kod brana zavisi od njihovog tipa. Kod gravitacionih
betonskih brana zavesa se izvodi na uzvodnom delu, radi smanjenja uzgona, a kod brana
nasutog tipa, obično se zavesa izvodi ispod glinenog jezgra brane. Kod lučnih brana,
uzgon je mali, pa se položaj zavese određuje u skladu sa geološkim uslovima.

Trase bočnih injekcionih zavesa su, u načelu, normalne na pravac strujanja vode
u bokovima brane. Kod lučnih brana se izvode obično koso uzvodno, radi obezbeđenja
oslonaca brane.

Dubinske injekcione zavese mogu se izvoditi:
- sa površine terena;
- iz namenski izvedenih injekcionih galerija u telu brane;
- kroz telo brane, kad ono bude izgrađeno doizvesne visine.

To zavisi od geoloških uslova i opšte dinamike i organizacije izvođenja radova. Bočne
zavese izvode se ili sa površine terena ili iz injekcionih galerija, kada je visina nadsloja
velika i nije opravdan veliki obim jalovog bušenja. Na to mogu uticati idrugi opšti uslovi
izvođenja.

Pri definisanju svake injekcione zavese najvažnije je:
- izabrati položaj injekcione zavese;
- odrediti dimenzije zavese;

Radi definisanja pojedinih elemenata zavese obavezno treba u probnim injekcionim
poljima definisati:
∗ istražne, injekcione i kontrolne bušotine (rastojanje između bušotina, broj redova,
dubinu, prečnik, pravac i dr.);

71/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
∗ vodopropustljivost stenskih masa (VDP);
∗ vrste injekcionih masa, sirovine za njihovu pripremu;
∗ injekcione pritiske;
∗ kriterijum završetka injektiranja;
∗ kontrolna ispitivanja i osmatranje injekcione zavese.

Broj bušotina, njihovo međusobno rastojanje i dubina prevashodno zavise od svojstava
stenske mase koja se injektira, kao i specifičnosti zahteva koji su postavljeni projektom
injektiranja. Najvažniji su da se injektiranjem injektira sav prostor obuhvaćen zavesom
kako po dubini, tako i na projektovanoj dužini. Kao kriterijum završetka injektiranja u
svakoj pojedinačnoj bušotini obično se koristi postizanje projektovanog pritiska
injektiranja ili količina utisnute injekcione mase. Drugi kriterijum je pouzdaniji.

Geometrija injektiranja (broj bušotina, njihovo međusobno rastojanje i dubina)
prvenstveno zavisi od geološke građe terena - svojstava stenske mase koja se injektira,
specifičnostima konkretnog objektai zahteva koji su postavljeni projektom injektiranja.
Najvažnijeje da se injektiranjem injektira sav prostor obuhvaćen zavesom kako po dubini,
tako i na projektovanoj dužini. Kao kriterijum završetka injektiranja u svakoj
pojedinačnoj bušotini obično se koristi postizanje projektovanog pritiska injektiranja ili
količina utisnute injekcione mase. Drugi kriterijum je pouzdaniji.

Izvođenje injektiranja može se vršitisledećim postupcima:
- silaznim;
- uzlaznim;
- mešovitim;
- cirkulacionim.

Silazni postupak obuhvata više tehničko-tehnoloških postupaka. Prvo se izbuši bušotina
određene dužine (etaža), a onda se na toj dužini izvede injektiranje. Kada je to uspešno
urađeno, pristupa se čišćenju bušotine, produžetku bušenja sledeće etaže, ponovno
injektiranje i tako redom na celoj dužini bušotine.

Uzlazni postupak se primenjuje kada su zidovi bušotine stabilni. U tim slučajevima
moguće je izbušiti celu bušotinu, očistiti je od sitnih čestica koje su zaostale na zidovima
bušotine ili njenom dnu, a potom izvršiti injektiranje. Izvodi od dna do vrha, pri čemu je
moguće pakerima ograničiti dužinu etaže koja se injektira, ili odjednom injektiati celu
bušotinu.

Mešoviti postupak injektiranja je ustvari kombinacija silaznog i uzlaznog postupka.

Cirkulacioni postupak je specifična vrsta uzlaznog postupka injektiranja.

Sl.83:- Šematski prikaz injekcione zavese; b) Dijagram opita vodopropustljivosti
(VDP) po metodi Ližona, u istražnoj bušotini

72/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Povećanje otpora proceđivanju injektiranjem (zaptivanjem) uz smanjenje otpora
dreniranjem injekciona zavesa (zaptivka) stvara heterogenost materijala čime se postiže
maksimalno smanjenje uzgona. Injektiranjem (zaptivanjem) i dreniranjem može se
značajno smanjiti diferencijalni deo uzgona, pa se izraz za uzgon aproksimira sa:
U=γw∙B∙HD+δ∙(γw∙B/2)∙ΔH
Gde je koeficijent “δ” vrednost dejstva drenaže i zaptivanja - (0 <δ<1).

1.1.7.5. Knsolidaciono injektiranje

Konsolidacionim injektiranjem (dataljnije u delu 1.1.4) se poboljšavaju karakteristike
mehaničkih svojstava stenskih masa, tj. smanjuje se njihova deformabilnost. Kao
dopunski efekat konsolidacionog injektiranja dobija se još:
- povećanje otpornosti stenske mase na smicanje;
- homogenizacija stenske mase;
- stanje napona na koje ispucalost ima manji uticaj;
- smanjuje se vodopropustvljivost stenskih masa.

Konsolidaciono injektiranje može se primenjivati kao privremena i stalna meliorativna
mera. Najčešće se za to primenjuju cementne injekcione mase, koje grade stvrdnuto
injekciono telo - dobrih mehaničkih karakteristika. Važna svojstva cementnih suspenzija
su: stabilnost i penetrabilnost, a zavise od finoće mliva cementa, disperzije cementnih
čestica itd. S obzirom na veličinu čestica cementa, injektirati se mogu pukotine širine
zeva 0,10-0,25 mm. Pošto visok vodocementni faktor suspenzije negativno utiče na
otfiltriranje viška vode, to se penetrabilnost i fluidalnost cementnih suspenzija postiže
dodavanjem aktivnih dodataka.

Injekcioni pritisci, da bi ostvarili svoju svrhu, moraju biti prilagođeni svojstvima stenskih
masa i injekcionoj masi. Što je masa fluidnija, a pukotine većeg zeva, mogu se postići
veći radijusi dejstva, odnosno može se usvojiti veće rastojanje između bušotina,
uz povećanu sigurnost i optimalni efekat injektiranja. Ukoliko su pukotine ispunjene
trošnom ispunom, tada je neophodno da se one isperu. Za to se primenjuju različiti
postupci, a vodi kojom se vrši ispiranje dodaju se deterdženti ili druga sredstva. Pritisci
treba da budu takvi da ne izazovu nepoželjne deformacije i lomove u stenskoj masi.
Konoslidaciono injektiranje, u principu, daje mali efekat u slabo vodopropusnim
sredinama, gde su pukotine stisnute, a to je najčešće slučaj na većim dubinama i
u plastičnim sredinama.

Konsolidaciono injektiranje tunela pod pritiskom izvodi se vrlo često. Razlog tome je što
se pri iskopu tunela, koji su relativno velikog prečnika, oko njega formira zona
rasterećenja prirodnih napona i ta zona trpi nepoželjne deformacije na objekat i ne može
da prenese unutrašnje hidrosatičke pritiske. Zato je neophodno, tu zonu rasterećenja,
konsolidaciono injektirati. Dubina oslobađanja napona je u funkciji svojstava
sredine, prečnika iksopa i može biti od 0,5 do nekoliko metara. Dubina bušotina treba da
bude, teorijski posmatrano, kolika je zona rasterećenja.

Konsolidaciono injektiranje visokih brana je tehničko-ekonomski opravdano da se izvodi
do dubine 20-25 m. Injektiranjem se obezbeđuje mogućnost građenja brana i na lošijim
terenima.

Injektiranje se izvodi ili sa površine terena, ili kroz telo brane, kada je ona izgrađena do
izvesne visine, ili iz injekcionih galerija.

73/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ostali elementi injektiranja: ispiranje ispune, injekcioni pritisci, injekciona masa, režim
injektiranja i dr. projektuju se u svakom konkretnom slučaju, uz uvažavanje
opštih principa i uloge svakog posebnog elementa.

1.1.7.6. Naponsko (mlazno) injektiranje

Naponskim injektiranjem postiže se da se u zoni terena oko objekta, gde je došlo do
oslobađanja napona usled iskopa, uspostavi prvobitno stanje napona. Time se, npr. u
tunelu u kome je voda pod pritiskom, postiže jedan vrlo koristan efekat dejstva pritiska
stenske mase na oblogu, obrnuto od pritiska vode koja je unutar objekta. Efekat
injektiranja se ogleda u tome da obloga, koja pre injektiranja može da primi pritisak vode
u iznosu 0,8-1 MPa, posle naponskog injektiranja može da primi unutrašnje pritiske i do
2,5 MPa.

Dakle, naponsko injektiranje ima zadatak da u stenskoj masi oko tunela izazove pritiske
koji će izvršiti prednaprezanje, dajući joj prednapone pritiska. Prednaprezanje naponskim
injekcijama je složen postupak, a uspeh zavisi od stanja stenske mase i kvaliteta izvedenih
radova. Kako bi efekat naponskog injektiranja imao pravu svrhu, pre početka naponskog
injektiranja neophodno je uraditi kontaktno injektiranje kojim se popunjavaju sve šupljine
između obloge i stenske mase, odnosno obezbeđuje njihov neposredan kontakt.

Naponsko injektiranje ima za cilj da se u zoni oslobađanja napona (Excavation
Damaged Zone-EDZ) uspostave prvobitni primarni naponi, a po mogućnosti i veći.

Sl.84:- Pregled različitih zona oštećenja oko podzemnog iskopa EDZ - poremećena
zona iskopa koju treba sanirati naponskim injektiranjem.

U tom slučaju se oko tunela stvara zona sa povećanim radijalnim i tangencijalnim
naponima. Oni se istovremeno prenose na stensku masu i tunelsku oblogu izazivajući u
njoj prednapone pristiska. Naponsko injektiranje je moguće zbog deformacije stenske
mase pod dejstvom injekcionih pritisaka. Pri tome stenska masa trpi deformacije usled
čega dolazi do povećanja zeva pukotine u kojima se nalazi injekciona masa pod pritiskom.
Kada se injektiranje završi, injekciona masa postaje čvrsta i suprostavlja se smanjenju
veličine pukotina.

74/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Naponsko injektiranje (Jet Grouting) je uobičajeni naziv za svaki postupak građenja
upotrebom visokih pritisaka od 30 do 70 MPa. Velika brzina fluida koji se utiskuje (250
do 330 m/s) omogućava razbijanje strukture tla, premeštanje čestica injihovo mešanje sa
injekcionom smesom.

Danas su u primeni tri osnovna postupka izvođenja naponskog (mlaznog) injektiranja:
- jednofluidni sistem (injekciona smesa),
- dvofluidni sistem (injekciona smesa - vazduh ili injekciona smesa- voda) i
- trofluidni sistem (injekciona smesa - voda-vazduh).

Injekcione mase moraju biti visokih mehaničkih karakteristika. Moraju imati malo
skupljanje i plastično tečenje. Najčešće se koriste cementne injekcione mase, koje su od
normalnog portland cementa, ili su od ekspanzivnih cemenata.

Injekcioni pritisak, pri naponskom injektiranju, mora biti dovoljno veliki, kako bi
obezbedio traženo prednaprezanje i naknadno opadanje napona usled plastičnog tečenja
stenske i injekcione mase, pada temperature itd. U načelu, trebalo bi da bude veći od
prirodnih napona pre iskopa, a iskustvo je pokazalo da je dovoljno primeniti pritiske 2-
2,5 puta veće od unutrašnjih radnih pritisaka.

Sl.85:- Šema naponskog injektiranja-bušotine za naponsko injektiranje (1- neparni
profil, 2 - parni profil); 3 - kontaktno injektiranje

Da bi se dobio potreban efekat prednaprezanja, potrebno je istovremeno injektirati u svim
bušotinama u jednom profilu, ili u više profila ako je to potrebno, što se u konkretnim
uslovima utvrđuje na probnim deonicama.

Posebna pažnja se posvećuje izboru postupka injektiranja. Po pravilu, naponsko
injektiranje se izovdi posle kontaktnog, ili posle izvođenja zaptivnog oreola na izvesnom
rastojanju od obloge, ako je stenska masa jako ispucala i vodopropusna. Problem
odfiltriranja viška vode mora se pažljivo razmatrati i ukoliko za to nema prirodnih
uslova potrebno je izvesti drenažne bušotine.

U sledećem primeru posmatraće se ravno stanje deformacija, uz uslov da su sprečene
defomacije tela u pravcu normalnom na posmatranu ravan. Posmatra se tunelski otvor
kod koga se analiza može pojednostaviti ravnim stanjem deformacija jer se sva pomeranja
dešavaju u ravni normalnoj na osu tunela (sl.86).

75/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.86:-Uslovi ravnog stanja deformacija
Problem napona oko tunelskog otvora u stenskoj masi predstaviće se kao problem ploče
sa otvorom, napregnute u svojoj ravni. U ovom slučaju stenska masa se posmatra kao
homogena, izotropna i linearno elastična sredina izložena hidrostatičkom pritisku,
1 PVPHPO
pa se zbog simetrije opterećenja posmatra samo deo ploče.

Kakao se radijalni i tangencijalni naponi sa povećanjem udaljenosti od otvora približavaju
naponu PO koji predstavlja primarne napone, problem beskonačne ploče zamenjuje se
pločom konačnih dimenzija uzimajući u obzir da za r/a > 4 priraštaj napona je manji od
6%.Na ovom primeru izvršiće se poređenje rezultata dobijenih Kiršovim jednačinama sa
rezultatima koji se dobijaju primenom metode konačnih elemenata odnosno korišćenjem
programskog paketa ABAQUS 6.10.(CPS4R).

Primer - ulazni podaci:
- radijus otvora a = 1m,
- dimezija ploče l = 5x5 m,
- hidrostatički pritisak kojem je izložena stenska masa PO = 30 MPa (primarno
naponsko stanje),
- Jungov (Young) modul elastičnosti E=6.780 MPa,
- Poasonov (Poisson) koeficijent 0,21.

Mreža ploče i mreža konačnih elemenata ovde se neće prikazati (zbog obima rada), već
se prikazuju samo dijagrami.

Kiršove jednačine za elastičnu sredinu izloženu hidrostatičkom pritisku:

Na dijagramu, sl.87, predstavljena je promena radijalnog i tangencijalnog napona u
zavisnosti od rastojanja od konture iskopa za ugao 90.

Posmatraju se slučajevi bez i sa unutrašnjim pritiskom od 10 MPa.

76/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.87:- Radijalni i tangencijalni napon oko otvora(=90



Na sledećem primeru prikazuje se raspored napona oko iskopa za slučaj kada je stenska
masa definisana Mohr-Kulonovim kriterijumom čvrstoće. Svi ulazni podaci su isti kao
i u prethodnom primeru s tim da ovde treba jos definisati:
- ugao unutrašnjeg trenja =30
- kohezija c = 3,45 MPa
Treba napomenuti da se u ABAQUS-u upotrebljava drugačiji konačni element (CPE4R)
nego u prethodnom primeru. U ovom primeru pokazuju se samo naponi oko iskopa bez
unošenja pritiska po konturi iskopa Pi=0 MPa.

Sl.88:-Radijalni i tangencijalni napon oko otvora-bez injektiranja (θ=90
0
)

Iz datog primeravidi se dobro slaganje rezultata koji su dobijeni analitički sa rezultatima
dobijenim u programu ABAQUS.
Vrednost radijusa u kome je formirana plastična zona na prethodnom primeru iznosi 1,73
m, a određena je na osnovu sledećeg obrasca:

77/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

gde je:
q 2c tan(45 / 2)

Postupak injektiranja vrši se u zoni koja je oslobođena od prirodnih napona. Pošto se
naponsko injektiranje sprovodi u radijalno raspoređenim bušotinama, onda se oko iskopa
formira prsten koji ima poboljšane mehaničke osobine (soilcrete), "soil-crete" -
mešavina tla i cementa.

Pored navedenih uticaja injektiranja prikazanih na prethodnim dijagramima (bez
detaljnijih analiza), injekcioni pritisci koji se unose u stensku masu izazivaju i sledeće
promene:
- stenska masa se konsoliduje i povećava se modul deformacije,
- smanjuje se heterogenost i anizotropija i
- ujednačuje se prostorno stanje napona i smanjuje vodopropustljivost stenske mase.

Mlazno injektiranje, engl. jet grouting - Soilcrete postupak mlaznog injektiranja određena
zapremina tla pretvara se u zemljani malter pri čemu se razbija struktura tla pomoću
visoko energetskog mlaza injektirane tečnosti. Istovremeno se čestice tla mešaju sa
cementnom suspenzijom i zapunjuju zahvaćeni prostor. Višak nastale mešavine izlazi uz
zidove bušotine na površinu. Prečnik razarajućeg delovanja mlaza u tlu kreće se do 2,5
m u zavisnosti od vrste tla, načina izvođenja i primenjenoj tečnosti.

“Soilcrete”- mešavina tla i cementa se s obzirom na ojačanje i zaptivanje tla uspešno
primenjuje u svim vrstama tla, uključujući i glinu i organske slojeve. Soilcrete se može
koristiti i u stenovitom tlu, kao na primer u mekim peščarima (sl.89).

Sl.89:-Područje primene Soilcrete postupka mlaznog injektiranja

Iz navedenih primera može se zaključti da se naponska slika stenske mase koja je
injektirana može veoma jednostavno analizirati kao ravan problem, uz napomenu da ovde
nije uzeta u obzir vremenska komponenta. Dijagrami koji su dobijeni analitičkim i
numeričkim postupcima za injektiranu zonu plastičnosti su isti, razlika je samo u brojnim
vrednostima. Ovo ukazuje da se dvodimenzionali model mora uzimati sa oprezom jer je
postupak injektiranja složen postupak koji zahteva trodimenzionalnu analizu i uvođenje
vremenske zavisnosti.

78/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 10 - Neke od mogućnosti mlaznog - "jet grouting" injektiranja
NEKE OD MOGUĆNOSTI M LAZNOG - "JET GROUTING" INJEKTIRANJA

Osiguranje dubokog iskopa kojištiti iskop
u blizini objekta
Armirana dijafragma u blizini postojećih objekata

Osiguranje iskopa zemlje za potrebe izvođenja podzemne železnice

Osiguranje iskopa od vode za izvođenje šahti i
vodonepropusnih zavesa od šipova - zaštita od vode
Konsolidacija zidova šahte kao zaštita iskop stuba

Ojačanje tla plitko temeljenog mosta - viadukta
šipovima
Konsolidacija stubova mosta injektiranim šipovima

Vodootporna dijafragm kaozaštita rečnog nasipa Konsolidacija iskopa za tunelsa oblogom od šipova

Progresivno obezbeđenje svoda tunela u nekoherentnom tlu i izvedba tunela-vertikalnim, kosim i
horizontalnim bušotinama

79/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.1.8. Injekcione mase

Osnovni faktori koji se moraju poznavati pre donošenja odluke za izvođenje injekcionih
radova i odluke o primeni konkretne metode injektiranja su:
Geološki faktori, pri čemu se mora poznavati vrsta stene, uslojenost i tektonika užeg i
šireg područja;
Petrografski faktori, pri čemu se mora poznavati sastav i struktura stene, hemijske
osobine stene i sistem pukotina i mikropukotina;
Hidrogeološki faktori, pri čemu se mora poznavati karakter nadzemne i podzemne vode,
njeno kretanje i hemijski sastav;
Tehnički faktori, pri čemu se moraju poznavati tehničke karakteristike objekta, njegova
namena i uslove koji se moraju postići injektiranjem;
Faktori injektiranja, moraju se definisati sledeći osnovni uslovi:

1. Gustina bušotina (razmak između bušotina u jednom redu i razmak između redova),
2. Dubina i nagib bušotina,
3. Injekciona smesa,
4. Sistem i redosled injektiranja,
5. Pritisak injektiranja i
6. Kontrola uspeha izvedenog injektiranja.

Tek pošto smo upoznali prva četiri faktora, može se pristupiti određivanju petog faktora
- pritisak injektiranja.

Elementi petog faktora su međusobno direktno zavisni i ne mogu se pojedinačno
određivati, jer jedan od elemenata bitno utiče na svaki sledeći element.

Kod svakog injekcionog zahvata u terenu, uvek se postavlja pitanje maksimalno
dozvoljenog pritiska injektiranja. Ovaj odgovor nije jednostavan i lak jer ne postoje
apsolutna pravila, budući da je stena glavni faktor koji utiče na određivanje injekcionog
pritiska.

Pritisak kod injektiranja ima višestruku funkciju:
- da savlada hidraulične otpore u cevovodima i tlu;
- da neznatnom deformacijom tla poveća propusnost radi što boljeg toka injekcione
smese kroz pore i pukotine;
- da izazove kretanje injekcione smese u tlu unutar predviđenog radijusa oko injekcione
bušotine;
- da se u tlu iscedi višak vode iz injekcione smese u najsitnije pore i pukotine.

Pritisak kod injektiranja kreće se u veoma širokim granicama i zavisi od:
- debljine (težine) nadsloja i
- čvrstoće i homogenosti stene.

Definitivni matematički odnos za proračun pritiska injektiranja ne postoji.

Kod malih pritisaka postoji opasnost da se ne zainjektira određeni radijus oko injekcione
bušotine pa da se injekciona smesa ne oslobodi viška vode i tako ne postigne
odgovarajuću čvrstoću.

Kod velikih pritisaka može se izazvati raslojavanje i lom stene oko bušotine, nepotrebno
povećati utrošci injekcione smese, a može doći i do uzdignuća površine tla.

80/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Po pravilu su u homogenoj, makar i raspucaloj steni, povoljniji veći pritisci, jer
osiguravaju bolju vezu preko pukotinskog sistema sa sledećim bušotinama i povećavaju
čvrstoću ugrađenoj injektiranoj masi.

Manji pritisci primenjuju se u plićim etažama, posebno kod horizontalno uslojenih stena
(npr. škriljaca) gde postoji opasnost od uzdizanja tla.

Pritisak injektiranja treba, prema tome, prvenstveno prilagoditi osobinama stena, odnosno
tlu koje se injektira.

Sa dubinom injektiranja pritisak se obično povećava, a granice povećanja obično se kreću
od 0,50 do 1,10 at/m (sl.90) i zavise od težine nadsloja na injektiranoj bušotini.

Sl.90:- Orijentacioni pritisak injektiranja za različite dubine

Pritisak kod injektiranja meri se manometrom. Ako pritisak postepeno raste, znači da se
sastavni delovi u injekcionoj smesi normalno talože u pukotinama i da se voda postepeno
odvaja. Međutim, ako dođe do naglog porasta pritiska injektiranja, to može značiti:
 da je teren nepropustan,
 da teren više ne prima injekcionu smesu, tj.da je već zapunjen,
 da su začepljeni cevovodi kojima se provodi injekciona smesa i
 da merni instrumenti ne pokazju ispravan pritisak, tj. da su oštećeni usled rada.

Naprotiv, kod naglog pada pritiska, uzroci mogu biti:
 otvaranje većih šupljina u terenu,
 izbijanje injekcione smese na površinu,
 otvaranje novih komunikacija injekcionoj smesi usled raslojavanja (deformacija
terena) i
 da merni instrumenti ne pokazuju ispravan pritisak, tj.da su oštećeni usled rada.

U svim slučajevima, a zavisno od uzroka promene pritiska za vreme injektiranja (osim
kvara na instalacijama i mernim instrumentima), prelazi se pri injektiranju na:
 gušće smese,
 smanjenje pritiska injektiranja i
 prekid rada na određeno vreme da bi se ubrizgana injekciona smesa u podzemlju
vezala.

81/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Radijus prodiranja ubrizgane injekcione smese u tlo zavisi od:
 visine pritiska injektiranja,
 viskoziteta smese,
 dimenzija pukotina ili pora i
 trajanja injektiranja.

Vreme trajanja injektiranja, pri izvođenju radova na etažama ili bušotinama zavisi od, kod
cementnih suspenzija, vremena početka vezivanja injekcione smese (2 do 4 sata), a kod
hemijskih injekcija početka koagulacije. Završetak injektiranja na određenoj dubini
(etaži) bušotine izražava se utrošcima injekcione smese u litrima pod propisanim
zavisnim pritiskom kroz određeno vreme.

Kako bi injekcione smese mogle biti ugrađene i odgovarale svojoj nameni, moraju
zadovoljiti određene uslove i imati određene karakteristike. Opsežna laboratorijska
ispitivanja injekcionih smesa sa različitim razmerama osnovnih komponenata, pružaju
mogućnost izbora najpovoljnije smese.

Svakoj injekcionoj smesi treba definisati osnovne tehničke karakteristike:

 Viskozitet - svojstvo tekućina da stvaraju neki otpor protiv međusobnog pomeranja
dva susedna sloja (unutrašnje trenje). Razlikujemo dinamički i statički viskozitet, tj.
protočni, koji nam je potreban da bismo saznali kakvi će se otpori javljati kod kretanja
injekcione smese i statički, koji nam pokazuje kada će suspenzija početi prelaziti u gel;

 Čvrstoća - od koje u najvećoj meri zavisi poboljšanje mehaničkih karakteristika
stenskog masiva u koji je ubrizgana;

 Sedimentaciona zapremina - iz suspenzije koja se ubrizgava u tlo najpre se talože
krupne, a zatim sve sitnije čestice, dok na kraju na površini ne ostane bistra voda.
Zapreminu tih istaloženih čestica u određenom vremenskom periodu nazivamo
sedimentaciona zapremina. Voda koja se izdvoji u tom vremenskom periodu nazivamo
dekantaciona zapremina;

 Otpornost na eroziju - je veoma važna karakteristika injekcione smese. Ta otpornost,
kako na mehaničko delovanje, tako i na hemijsko, osnovni je preduslov za uspeh
injektiranja i za postizanje traženih poboljšanja nosivosti terena i smanjenja
vodopropusnosti sa stalnim karakterom.

1.1.8.1. Vrste injekcionih smesa

Injekcione smese mogu biti suspenzije, emulzije ili rastvori.

Injekcione mase se u stanju tečnog fluida, što manjeg viskoziteta, injektiraju u teren pod
određenim pritiskom. Prema vrstama i sadržaju mogu biti:
• suspenzije,
• emulzije i
• rastvori (koloidni, pravi).

Suspenzija je mešavina čestica nekog materijala i tečnosti, s tim da nije došlo do otapanja
čvrstih čestica materijala. Kod injekcionih smesa najčešća suspenzija je cementno mleko
(cement + voda). Suspenzije kod kojih su čvrste čestice tako sitne da ne dolazi do
njihovog taloženja, već lebde u vodi, zovu se koloidne suspenzijie. Kod injektiranja
uopše, dobijamo suspenzije razmuljivanjem u vodi.

82/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Suspenzije se spravljaju na bazi mešavina: vode, cementa, gline, peska ili agregata.
Suspenzije s obzirom na vrstu stabilizatora mogu biti:
- suspenzije cementa,
- suspenzije cementa i peska,
- suspenzije cementa i bentonita,
- suspenzije cementa i gline,
- suspenzije cementa,bentonita i peska i
- suspenzije cementa,gline i peska.
Umesto peska mogu biti i drugi dodaci, npr. kameno brašno, piljevina i slično, ali se ti
dodaci veoma retko upotrebljavaju.

Svi ovi materijali suspendovani u vodi, postižu manje ili više stabilne suspenzije. Da bi
se postigla bolja pojedina fizičko-mehanička i reološka svojstva suspenzija i ispune u tlu,
injektibilnost, dirigovalo vreme vezivanja, dodaju im se razni dodaci (aditivi). Ti aditivi
mogu biti: ubrzivači, usporivači, emulgatori, stabilizatori, plastifikatori, plastifikatori
aeranti, dodaci za povećanje čvrstoće i dr. Dodaju se u malim količinama. Veoma su
skupi.
U izvesnim specijalnim slučajevima koriste se bitumeni ili bitumenske emulzije.

Ove injekcione mase su vrlo osetljive i zahtevaju specijalnu opremu, obučen kadar
i posebne mere higijensko-tehničke zaštite.

Za injektiranje granularnih sredina, gde se, iz više razloga, ne mogu primeniti klasične
injekcione mase, koriste se hemijske injekcione mase koje predstavljaju koloidne rastvore
(prečnik čestica 10
-5
-10
-7
cm ) i organske smole koje su pravi rastvori (prečnik čestica
manji od 10
-7
cm). Ove mase su i 3-5 puta skuplje od klasičnih pa se zbog toga koriste
samo u onim slučajevima kad se drukčije ne mogu postići traženi efekti. Primenjuju se

83/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
prvenstveno u prašinastim peskovima i peskovima, lesu ili čvrstim stenskim masama
sa pukotinama čiji je zev manji od 1 mm.

Suspenzije se primjenjuju u slučajevima rastresitih stena većih poroznosti i većih
vodopropusnosti, gde je koeficijent vodopropusnosti veći od 10
1
cm/s. U izuzetnim
slučajevima moguće je suspenziju primeniti i do koeficijenta vodopropusnosti 10
-1
cm/s,
ali to samo onda ako su primenjene suspenzije vrlo fine bentonitne gline stabilizovane
hemikalijama. Područje primene takvih stabilizovanih bentonitnih suspenzija završava u
srednje krupnim pescima.

Organske smole mogu biti: tečni monomeri koji sa reaktivom formiraju čvrsti gel
i prekondenzovani polimeri koji formiraju plastične mase velike čvrstoće.

Emulzija je mešavina dveju tečnosti. Kod injekcionih radova tečnost u kojoj se emulguje
je voda. Emulzije se upotrebljavaju u tehnici bušenja kod isplaka, a u injekcionom radu
kod primene bitumenskih injekcija.

Emulzione injekcione smese, uopšte, smanjuju koeficijent vodopropusnosti, ali ne
povećavaju čvrstoću tla, zato je njihova primena vrlo mala u odnosu na suspenzije. Neki
primeri emulzija: bitumen, gumeni lateks u vodi, crnogorične smole u alkalijama idr.

Rastvorisu mešavine dveju tečnosti ili soli, gde se jedna potpuno rastvori (otopi) u
drugoj. Kod hemijskih injekcija upotrebljavamo rastvore i to najčešće rastvore silikata:
 hemijske injekcije uz upotrebu vodenog stakla:
• sistem sa trenutnom koagulacijom i
• sistem sa tempiranom koagulacijom
 bez upotrebe vodenog stakla:
• soli Sb, As, Bi, Su, Fe koje se talože u tlu na osnovu hidrolize
• silicijumov ili titanov hlorid u organskom rastvoru.

Rastvori, uopšte, imaju primenu veću od primene emulzija, ali manju od primene
suspenzija.

Organski polimeri:
 akrilamidne smole
 epoxidne smole
 karbomidne smole

Za stabilizaciju finih pukotina u steni, finog peska i mulja sa koeficijentom propusnosti
manjim od k = 1x10
-1
cm/s, najčešće se primenjuju silikatne injekcije i organski polimeri.
Međutim, zbog male brzine vode uz sitna zrnca tla, područje primene tih sistema, čak i u
slučajevima kad je njihova viskoznost praktički jednaka onoj kod vode, ograničeno je
koeficijentom propusnosti k = 5x10
-5
cm/s. U slučajevima potrebe stabilizacije tla
koeficijenta propusnosti manjeg od k = 5x10
-5
cm/s, primenjuje se metoda
elektroosmoskog odvodnjavanja, odnosno elektrohemijske stabilizacije tla.

Danas postoji veoma veliki izbor injekcionih smesa pa je osnovno umeće injektiranja u
odabiranju odgovarajuće injekcione smese koja će se najbolje prilagoditi traženim
rezultatima, a da se ne naruši ekonomičnost rada i zahvata.

84/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Injekcione smese mogu se podeliti u tri osnovne grupe i organske smole:
 nestabilne smese - suspenzije cementa u vodi (po potrebi sa dodatkom peska)
 stabilne smese - smesa vode, cementa i koloidne gline (po potrebi sa dodatkom peska)
 hemijski proizvodi - vodeno staklo sa dodatkom za stvaranje gela
 organske smole

Nestabilne smese su one koje se upotrebljavaju za injektiranje pukotina. Kod tih smesa
čestice se vremenom talože na dno kad dođe do mirovanja suspenzije. U početku primene
takvih suspenzija upotrebljavale su se često retke suspenzije, čak do odnosa cementa i
vode 1:50, danas se tarazmera kreće u granicama od 1:4 do 1:0,7.

Kod nestabilnih smesa pritisak injektiranja igra važnu ulogu, jer upravo pritisak može
otvoriti pukotine i pospešiti, do određene mere, uspeh injektiranja. Nestabilne smese,
osim u iznimnim slučajevima, ne upotrebljavaju se za injektiranje peska i šljunka. Ako
su zrna peska manja od 1mm, cement ne može prodreti u međušupljine. Ukoliko su zrna
veća, cement iz cementne suspenzije se brzo taloži pa se dobija veoma mali radijus
delovanja injekcione smese.

Stabilne smese su, zahvaljujući odsustvu sedimentcije za vreme injektiranja, pravi fluidi
koji se mogu ubrizgavati sve dok početak vezivanja cementa u smesu ne utiče na naglo
povećanje injekcionog pritiska. Kod injektiranja sa stabilnim smesama, preporučljivo je
unapred odrediti količinu injekcione smese po etaži ili bušotini.
Pritisak injektiranja zavisi od propusnosti stene ili veličine pukotine, viskoznosti smese i
predviđenom utrošku. Međutim, ako je pritisak injektiranja preveliki, dolazi do
raslojavanja - veštačkih pukotina - i to prvo u normalnom smeru, a zatim u horizontalnom.

Stabilnim smesama mogu se ekonomično injektirati peskovi, aluvijalni nanosi i veće
pukotine.

Aktivirana glina predstavlja prelaz između stabilnih smesa i hemijskih injekcija, jer
postupak osigurava deflokulaciju gline. Ukoliko ne dođe do deflokulacije gline,
aktivirane gline su sličnije i bliže glineno-cementnim smesama nego hemijskim.

Hemijske injekcije se već dugo vremena upotrebljavalju, a naročito silikatne injekcije.
Do 1940. godine, silikatne injekcije bile su jedine injekcione smese za injektiranje
aluvijalnih nanosa. Kod prvih uspešnih postupaka odvojeno se injektirao silikat i reaktiv.
Prvo se injektirao silikat, a potom reaktiv i tako postizalo trenutno stvaranje gela. Ovaj je
postupak zahtevao mali razmak između bušotina i redova (veliku gustoću bušotina) od
0,30 m do najviše 1,00 m. Trenutno stvaranje gela uslovljava mali radijus delovanja
injekcione smese.

Unazad više od 20 godina, a posebno u zadnjih par godina, razvijeni su postupci koji
omogućavaju stvaranje gela istovremenim injektiranjem silikata i reaktiva. Usprkos
svojim veoma povoljnim karakteristikama, silikatne injekcije, po svojoj fluidnosti, nisu
slične vodi. Mešanjem silikata i reaktiva povećava se viskoznost mešavine. Osim toga,
silikatni rastvori sadrže koloidne čestice koje, ma koliko bile male, sprečavaju prodiranje
tih čestica u izrazito sitnozrne terene.

Organske smole imaju viskoznost od 1,5 do 4 puta veću od vode, te su stalne do
polimerizacije. Radi toga može se reći da se skoro sve sredine kroz kojih prolazi voda,
mogu injektirati odgovarajućim vrstama organskih smola.

85/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 91:- Prodiranje smese u tlo prema propusnosti i sastava tla

Za potrebe injektiranja koriste se razne mašine i uređaji raznih proizvođača - injekcione
platforme sa kompletnom opremom, npr.:
- injektor,
- mešalica za injekcione mase,
- pumpa za injektiranje sa kompletnom opremom snage 22 kW, maks. kapaciteta 200
l/min i radnog pritiska do 100 bara,itd.

Sl.92:- Injekciona platforma - pumpa za injektiranje sa pratećom opremom istatičko
ojačanje zidova izvedeno mlaznim betonom

86/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2. Sidrenje (ankerisanje)

Sidrenje je postupak poboljšanja svojstava terena, pre svega nosivosti i stabilnosti.
Ostvaruje se ugradnjom čeličnih elemenata u stensku masu: žica, šipki, užadi, niti...

Sidrenje - ugradnja sidara (ankera), čime se postiže čvršća veza između pojedinih blokova
ispucale i nestabilne - izdeljene stenske mase. Sidrenjem se postiže povećanje stabilnosti
nestabilnih delova kosine ili iskopa, a time smanjuje njenu deformabilnost.

Ono se može primenjivati i za vezu objekta za čvrstu podlogu (potpornog zida, temelja
objekta i dr.) čak i onda kada taj objekat nije fundiran direktno u tu čvršću podlogu.

Sl.93:- Zaštita iskopa sidrima na kosini, konturi i na čelu tunelskog iskopa

Sl.94:- Koncept zaštitne konstrukcije geotehničkim sidrom - poprečni presek

87/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sidra predstavljaju jedan od osnovnih sistema ojačanja stenskih masa, pri čemu se ovaj
sistem ojačanja sastoji od četiri osnovna elementa, sl.95:
1. Stenska masa,
2. Element sistema ojačanja - sidro,
3. Unutrašnja veza elementa ojačanja i stenske mase - injekciona smesa i
4. Spoljna veza elementa ojačanja i stenske mase.

Sl.95:- Osnovni elementi sistema ojačanja stenske mase

Upotreba štapnih sidara kao elemenata sistema ojačanja stenske mase u podzemnim i
otvorenim iskopima započela je krajem 19. veka, a šira primena štapnih sidara tek
četrdesetih i pedesetih godina 20. veka. Jedno od prvih korišćenja štapnih sidara opisao
je Bejl (Beyl, 1945) o osiguranju zidova iskopa rudnika 1912. godine u USA. Korišćena
su drvena štapna sidra, sl.96 kao privremeno osiguranje od odrona manjih blokova
stenske mase između čela iskopa i izvedenog podgradnog sistema.

Sl.96: - Drveno štapno sidro
Upotreba prvih prednapregnutih sidara izvedena je u Alžiru na brani Šurfa
(Cheurfas),(Littlejohn and Bruce, 1977). Sobzirom na ovu uspešnu primenu štapnih
sidara, prve studije ponašanja stenske mase ojačane štapnim sidrima započeo je Rabcevič
(Rabcewicz, 1955), a nastavio Panek (Panek, 1956; 1962). Ova istraživanja zasnivala su
se na principima prenosa opterećenja sa podgrade, kao grednog sistema, na stensku masu
ne uzimajući u obzir stvarno ojačanje stenske mase štapnim sidrima.

 Termin reakcije sistema ojačanja stenske mase podrazumeva mehaničko ponašanje
sistema ojačanja kao odgovor na pobudu usled ponašanja stenske mase.

 Priroda reakcije biće zavisna od nastalih odnosa sila i pomaka kao i od oblika
uspostavljenog podgradnog sistema u posmatranom području. Zato reakcija sistema
može biti u vidu pojave osnih sila, smičućih sila, torzije ili promenjiva, ali je najčešće,
kao kombinacija različitih opterećenja.

88/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Ponašanje sistema ojačanja određeno je pojedinačnim ponašanjem osnovnih elemenata
sistema i njihovim međusobnim interakcijama.

 Pri tome je moguća pojava neograničenog broja različitih reakcija sistema ojačanja
stenske mase.

Sl.97:- Reakcija podgradnog sistema u posmatranom području - kombinacija različitih
opterećenja

Ocene ove konfiguracije redosledom od najboljih do najlošije prema kriterijumu "naponi
sa malom silom smicanja" su:b, a i c, d, f, e.

Postoji celi niz prednosti ojačanja stenske mase štapnim sidrima, od kojih su najznačajniji
sledeći:
svestrana mogućnost upotrebe, za bilo koju odabranu geometriju iskopa,
jednostavnost i brza mogućnost upotrebe,
ugradnja je u potpunosti mehanizovana i
relativno niska cena.

Dakle, pre nego ugradimo sidro kao „osnovni element sistema ojačanja stenske mase“ ili
izvedemo „podgradu“ objekta u izgradnji, moramo se upoznati i sa stanjemstenskih masa
u kojima trebamo graditi objekat.

89/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.1. NAPONSKO STANJE STENSKIH MATERIJALA

1.2.1.1. Opšta razmatranja

Stenske mase - stene u zemljinoj kori, bez dejstva na njih od strane čoveka, nalaze se u
"prirodnom ravnotežnom stanju napona" gde napon predstavlja osnovni faktor koji utiče
na raspodelu i intenzitet podzemnih pritisaka, na mehanička svojstva i karakteristike i
ponašanje stenskih masa kada se na stenu deluje. Dakle, stenska masa predstavlja
prednapregnutu sredinu koja se nalazi pod dejstvom tzv. primarnih napona ili in-situ
naponi (in-situ stress; natural stress, initial stress; virgin stress; absoluet stress).

Sl.98:- Raspodela napona u tlu, modifikovano od Dr. Khalid Al-Janabi, M.ISSMGE

Uzroci nastajanja primarnih napona rezultat su velikog broja uticaja od kojih su uticaj
gravitacije, uticaj tektonike i uticaj erozije zemljine kore s tim što je potrebno dodati i
uticaj učestalosti, orijentacije i raspodele pukotina i prslina, kao i uticaj karaktera
pukotinskih ispuna i morfologije terena (tj.uslovljeno prirodnim osobinama stene,
dubinom, oštećenošću pukotinama, prisustvom vode, veličinom poprečnog preseka itd).

Promena napona može prouzrokovati deformaciju tla (sleganje) i lom tla. Do promene
napona u tlu uglavnom dolazi usled:
 opterećenja ili rasterećenja na tlu i u tlu,
 promene nivoa podzemne vode,
 dinamičkih opterećenja (saobraćaj, mašine, potresi, ...).

Ranije su izvedeni analitički izrazi koji realno tlo modeluju uz pretpostavku da se tlo
ponaša kao linearno-elastičan defromabilan, homogen i izotropan poluprostor, a danas,
numeričko modeliranje (metoda konačnih elemenata), omogućava složenije i realnije
ponašanje tla.

Ne ulazeći u teoretske detalje i objašnjenja prikazaće se samo šematski naponi u tlu
injihov načini raspodele.

90/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.99:- Šema raspodele napona u tlu, Dr. Khalid Al-Janabi, M.ISSMGE

Određivanje i utvrđivanje primarnih napona moguće je jedino eksperimentalnim putem,
korišćenjem odgovarajućih ispitivanja na terenu sem u nekim jednostavnim strukturnim
slučajevima kada je to određivanje moguće upotrebom odgovarajućeg matematičkog
postupka.
Određivanje primarnih napona predstavlja najsloženiji problem u mehanici stena pošto
stenski materijal predstavlja heterogene i anizotropne sredine, ispresecane odgovarajućim
pukotinama ili pukotinskim sistemima, kao i problemi koji nastaju zbog nepristupačnosti
mernih mesta za ispitivanje i utrošak velikih materijalnih sredstava da bi se došlo do
odgovarajućih rezultata.

Rezultat različitih radova u stenskom materijalu, kako na površini tako i u unutrašnjosti
zemljine kore, javlja se tzv. "sekundarno naponsko stanje" iliindukovani naponi
(induced stresses), dok se kao rezultat dejstva dodatnih opterećenja javlja tzv. "tercijarno
naponsko stanje".

Određivanje sekundarnih i tercijarnih napona moguće je samo korišćenjem odgovarajućih
terenskih metoda ispitivanja, o kojima će biti reči u narednim poglavljima.

Izradom podzemnih prostorija u stenskim materijalima u zemljinoj kori dolazi do
poremećaja prirodnog ravnotežnog stanja što se manifestuje pojavom deformisanja
konture iskopa, kako je već rečeno, javlja se tzv. "sekundarno naponsko stanje".
Zavisno od veličine deformacije iskopa imamo dva slučaja. U prvom slučaju nema
potrebe za podgrađivanjem (otvoreni prostor je stabilan), u drugom slučaju biće potrebno
otvoreni prostor podgraditi kako bi ugrađenim elementima od drveta, čelika, kamenog ili
betonskog zida, livenog betona, u nekim slučajevima i od armiranog betona, sprečiti dalje
deformacije i konačno zarušavanje otvorenog prostora.

91/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Elementi podgrade opiru se silama koje su posledica deformacije otvora a reakciju
podgrade nazivamo jamskim pritiskom. Kada ugrađena podgrada ne može da se odupre
silama koje deformisanje otvora izaziva, kažemo da su "pojačani pritisci" te da je
potrebno primenjenu podgradu zameniti jačom (umesto drveta postaviti čelik ili umesto
čelika beton ili "pogustiti" podgradu). U uobičajenoj rudarskoj terminologiji govori se o
pojmovima "nema jamskog pritiska", "jamski pritisak je mali", "jamski pritisak je veliki"
itd. Šta ovo žnači? To znači nema potrebe za podgrađivanjem, dovoljna je mestimična
podgrada ili je potrebno gusto podgrađivanje ili je potrebna posebna podgrada. Znači, sve
se svodi na podgrađivanje i pod ovim starim nazivom "jamski pritisak" danas se kao
brojna veličina, isključivo, smatra reakcija podgrade na spoljne sile izazvane
deformacijom otvorenog prostora pri podzemnim radovima, mada se još, često, smatra
silom koju izazivaju stene na ivici - konturi iskopa.

Istraživanja i objašnjenja pojave podzemnog pritiska kreću se u različitim pravcima s tim
što se rešenja traže, uglavnom, u sferi primene teorije elastičnosti i plastičnosti,
eksperimentalnih merenja i opažanja deformacija i pritisaka, upotrebom različitih metoda
i instrumenata kao i odgovarajućim ispitivanjima na modelima od ekvivalentnog ili
optički aktivnog materijala.

Kod navedenih pravaca istraživanja podzemnog pritiska potrebno je ukazati na osnovne
faktore koji otežavaju ova proučavanja a to su:
- heterogenost i anizotropnost radne sredine,
- sistem pukotina i prslina,
- promene fizičko - mehaničkih karakteristika i unutar istog litološkog člana,
- ograničen prostor za opažanje i merenje odgovarajuće pojave s tim što ova merenja
ne registruju koje su dovele do ove posledice zaključuje na osnovu drugih faktora.

1.2.1.2. Naponi u stenskoj masi

Pri analizi prostornog stanja napona često dolazi do pojednostavljivanja u smislu da se
naponsko stanje analizira kao dvodimenzionalni problem u jednoj od ravni glavnih
napona. Jedan od tipičnih primera gde se analiza naponskog stanja može pojednostaviti
sa ravnim stanjem deformacija je tunel - tokom iskopa tunela u homogenoj i izotropnoj
stenskoj masi, sva pomeranja se dešavaju u ravni normalnoj na osu tunela.

Tokom iskopa tunela u stenskoj masi remeti se prirodna ravnoteža čime nastaju reološki
procesi koji dovode do smanjenja dimenzija iskopa, odnosno dolazi do promene
naponskog polja u stenskoj masi u okolini tunelskog iskopa. Kod reoloških procesa
moguće su dve tendencije delovanja: konvergentan i divergentan proces (sl.100).
Konvergentan proces je karakterističan za većinu zdravih i čvrstih stena, dok je
divergentan proces karakterističan za stene sa nižim mehaničkim svojstvima.

Istraživanja pokazuju da su kod stenskih masa moguće tri osnovne vrste deformacije:
- elastične,
- plastične i
- viskozno tečenje.
Kako se prilikom iskopa u stenskoj masi menja naponsko polje, prilikom projektovanja i
građenja podzemnih objekata (tunela, skloništa, čikagea,...) a u zavisnosti od tehnološkog
procesa građenja, potrebno je odrediti promene naponskog polja u stenskoj masi od
početka otvaranja stenskog masiva do završetka. To podrazumeva i neophodnost

92/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
utvrđivanja postojanja uslova za nastanak loma i slučajeva u kojima će se on desiti. Proces
loma stenske mase, odnosno tla, je veoma kompleksan, i ne može se prikazati
jednostavnim modelom. Kriterijumi koji se u tu svrhu danas u praksi primenjuju su brojni
i raznovrsni, ali najčešće primenjivani su oni koji su izraženi pomoću glavnih napona, a
to su: - Von Misesov,
- Trescin,
- Mohr - Coulombov,
- Drucker - Pragerov,
- Hoek - Brownov kriterijum sloma.

Sl.100:-Tendencija razvoja deformacije konture iskopa

Među navedenim kriterijumima najstariji i najčešće primenjivan je Mor - Kolombov
(Mohr - Coulomb) kriterijum, koji definiše granični smičući napon u zavisnosti od
normalnog napona na kritičnoj ravni klizanja. Ovom kriterijumu je sličan, ali nešto
drugačije formulisan i u poslednje vreme često primenjivan, Hek - Braunov (Hoek -
Brown) kriterijum sloma. Ono što je za ova dva kriterijuma zajedničko je to da ne uzimaju
u obzir treću komponentu tenzora napona u prostoru, a mogu se definisati sa dve, odnosno
tri konstante. Dok je za koherentna i nekoherentna tla pogodan Mor - Kolombov
kriterijum loma, Hek - Braunov kriterijum loma koristi se u mehanici stena, za stenski
masiv.

1.2.1.3. Hek - Braunov (Hoek–Brown) kriterijum loma

Pri projektovanju tunela, osim opterećenja stene na trasi tunela pre iskopa tunela,
nepoznata su i mehanička svojstva stena jer, skoro nikada, nema dovoljno prethodnih
inženjersko - geoloških istraživanja, kao ni geotehničkih ispitivanja. Stvarna mehanička
svojstva stene u masivu je veoma teško odrediti, a ispitivanjima na malim standardnim
uzorcima uglavnom se dobija samo aksijalna čvrstoća a u proračune, osim nje, treba
uvesti deformacione karakteristike masiva (moduli elastičnosti, moduli deformacija za
pojedina područja prostornog stanja napona). Na veličine tih modula, između ostalog,
utiču raspored diskontinuiteta i ispuna pukotina. U podacima koje daje Hek manje se vodi
računa o petrografskim karakteristikama stene a više o izlomljenosti masiva, broju sastava
površina diskontinuiteta i njihovim svojstvima i aksijalnoj čvrstoći.

Pri opisivanju ponašanja stenske mase primenom Hek - Braunovog kriterijuma loma, pri
postupku redukovanja moraju se definisati parametri prirodnog stenskog materijala, među
kojima su ci (jednoaksijalna čvrstoća na pritisak) i mi (konstanta materijala koja zavisi
od svojstava stenske mase. Definisanje ovih parametara vrši se na osnovu rezultata

93/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
dobijenih ispitivanjem jednoaksijalne i triaksijalne čvrstoće u laboratoriji. Nakon toga
mogu se proceniti parametri stenske mase kao što su mb i sb (konstante stenske mase
prema Hek - Braunovom kriterijumu) ili c i φ (kohezija i ugao unutrašnjeg trenja stenske
mase), i to uspostavljanjem poznatih korelacija (prema stepenu poremećenosti stene koji
varira zavisno od vrste stene i metode iskopa) sa najčešće korišćenim indeksima stene (Q
ili RMR, ili GSI - GSI je geološki index čvrstoće (Geological Strength Index)).

Sl.101:- Definicija modela naponskog
stanja - zona oko tunelskog otvora
kružnog poprečnog preseka

S obzirom da Hek - Braunov kriterijum pretpostavlja izotropno ponašanje stene i stenske
mase, on se može primenjivati samo u slučajevima kada postoji dovoljan broj gusto
raspoređenih diskontinuiteta, sa sličnim površinskim karakteristikama, da se može
pretpostaviti izotropno ponašanje uključujući lomove diskontinuiteta.

Do formiranja plastifikovane zone doći će ako naponi u okolini tunela premaše ćvrstoću
stenske mase.

Sl.102:- Šema za analizu naponskog stanja i
deformacija u zoni oko tunelskog otvora kružnog
poprečnog preseka

Ako je čvrstoća stenske mase definisana Hek - Braunovim kriterijumom čvrstoće,
radijalni i tangencijalni naponi, za hidrostatičko primarno stanje napona (sl. 102), su:

,

94/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
gde je:
p0 - primarni napon,
Rpl - radijus plastične zone i
r,σre - radijalni napon na granici plastične i elastične zone (Rpl = r).

Sl.103:- Tangencijalni i radijalni naponi
u elastičnom i plastičnom području u
polarnim koordinatama

Sl.104:- Hek-Braunov kriterijum sloma za
prirodni (neporemećeni) stenski materijal i
stensku masu. Ilustracija postupka
redukovanja i definicija faktora sigurnosti

U plastifikovanoj zoni je:

gde je:
pi - radijalni pritisak koji deluje na zidove iskopa,
R - poluprečnik iskopa,
c - jednoaksijalna čvrstoća stene na pritisak,
mr, sr - Hek - Braunove bezdimenzionalne konstante za stensku masu kojima se definiše
kompaktnost stenskog masiva u plastičnoj zoni.

Vrednosti re i re definisane su na sledeći način:
rep0 -Mc,

95/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

,

gde je N:

gde su:
m, s - Hek - Braunove bezdimenzionalne konstante za stensku masu kojima se
definiše kompaktnost stenskog masiva u elastičnoj zoni.

Sl.105:- Hek - Braunov kriterijum
čvrstoće stenske mase

Sl.106:-Uslovi stenske mase pri
kojima se može koristiti Hek-
Braunov kriterijum čvrstoće
stenske mase (Hoek, 1993).

Napomena: više u delu 1.2.2. Stabilizacija stenskih masa (engl. rock stabilization) i
1.2.4.3. Geološki indeks čvrstoće - Geolgical Strength index (GSI)

96/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Da bi se mogao koristiti Hek-Braunov kriterijum za određivanje čvrstoće i
deformabilnosti stenske mase, potrebno je odrediti sledeća svojstva i konstante m i s:
1. jednoosnu pritisnu čvrstoću stene σci,
2. vrednost Hek-Braunove konstante miza intaktnu stenu,
3. vrednost geološkog indeksa čvrstoće (GSI-Geological Strength Index) i
4. vrednosti konstanti m i s.
m i s: konstante koje zavise od ispucalosti stenske mase. Konstante (m) i (s) su bezdimenzionalne
i u gruboj aproksimaciji analogne su uglu unutrašnjeg trenja i koheziji kod Mohr-Coulombovog
kriterijuma čvrstoće. U kasnijim verzijama kriterijuma, konstanta m je označena kao mb.
Konstanta (m), ima vrednost od 0,001 za teško ispucalu stensku masu do oko 25 za čvrstu
intaktnu stenu. Konstanta m koja se odnosi na ispucalu stenu (podrazumeva se - stenska masa)
(mb), zavisi od konstante (m) za intaktnu stenu (mi) i stepena ispucalosti stenske mase koja je
opisana geološkim indeksom čvrstoće -Geological Strength Index(GSI). mb = f(mi, GSI).
Konstanta (mi) zavisi od frikcionih karakteristika minerala koji izgrađuju stenu u intaktnom
uzorku što ima značajan uticaj na čvratoću stene.

Vrednost konstante (s) kreće se od 0 za ispucalu stenu do 1 za intaktnu stenu. Konstanta (s)
zavisi od ispucalosti stenske mase što se iskazuje preko GSI-a i stepena poremećenja stenske
mase usled miniranja i naponskog relaksiranja (D). s = f(GSI,D).

Tabela 11- Tipična svojstva stenske mase (Hoek,E.,Rock Engineering (a course)
http://www.rocscience.com/)

Oznaka
svojstva
Jedinice
Čvrsta stenska
masa vrlo dobrog
kvaliteta
Very good quality
hard rock mass
Stenska masa
srednjeg kvaliteta
Average rock mass
Stenska masa
vrlo lošeg kvaliteta
Very poor quality
rock mass
Čvrstoća intaktne
stene
σci MPa 150 80 20
Hek-Braunova
konstanta
mi 25 12 8
Geological Strength
index
GSI 75 50 30
Ugao unutrašnjeg
trenja
φ’ (
0
) 46 33 24
Kohezija c’ MPa 13 3,5 0,55
Čvrstoća na pritisak
σcm MPa 64,8 13 1,7
Čvrstoća stenske mase
na zatezanje
σtm MPa -0,9 -0,15 -0,01
Modul deformacije Em GPa 42 9 1,4
Poasonov koeficijent ν 0,2 0,25 0,3
Ugao dilatacije α (
0
) φ’/4 = 11,5 φ’/8 = 4 Nula
Post-lomne karakteristike
Ugao unutrašnjeg
trenja
φf’ (
0
) 38
Kohezija cf’ MPa 0
Modul deformacije Efm GPa 10 5 1,4
Čvrstoća lomljene
stenske mase
σfcm MPa 8 1,7

97/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.1.4. Analiza i definicija napona

Određivanje napona u tlu jedan je od važnijih zadataka u geostatičkim proračunima. Pri
tome se najčešće pretpostavlja da je tlo homogeno, izotropno i linearno elastično. Iako
ove pretpostavke samo grubo odražavaju pravo stanje u terenu, ipak se vrednosti napona
izračunate na ovaj način dosta dobro poklapaju sa eksperimentalno dobijenim
vrednostima napona.

Tlo se karakteriše dvofaznom, odnosno trofaznom strukturom. Zato je kod određivanja
normalnih napona potrebno da se koristi princip efektivnih napona (Tercagi, 1923), po
kome su efektivni normalni naponi u nekoj tački jednaki razlici ukupnih i normalnih
napona i pornih pritisaka: σ' = σ - u, gde je σ' efektivni ormalni napon, σ ukupni normalni
napon, a uporni pritisak. Poznavanje efektivnih napona je važno jer od njih zavise
čvrstoća i deformabilnost tla.

Zapreminske sile (gravitacione, magnetne i ostale) deluju na svaku česticu tela i nisu
rezultat fizičkog kontakta sa drugim telima za razliku od površinskih sila, koje dejstvuju
na spoljnu površinu tela, i rezultat su fizičkog kontakta sa drugim telima. Kako napon
predstavlja silu po jedinici površine to proizilazi da je napon dat izrazom:

gde je "P" rezultirajuća sila koja deluje
na površinu "A" u posmatranoj tački.

Sl.107:- Napon - sila po jedinici površine, ematski prikaz

Rezultujuća sila "dP" koja deluje na površinu "d" može se razložiti na komponente koje
su međusobno normalne i deluju u pravcima "x", "y" i "z", što važi i za komponente
napona koje deluju na element površine "dA". Međutim, kako se rezultujuća sila može
razložiti i na komponente normalne na površinu "dA" i paralelnu površini "dA" to isto
važi i za napone, pa se tako napon koji je normalan na površinu naziva normalnim
naponom "", dok se napon paralelan sa površinom naziva napon smicanja "".

Sl.108:- Šematski prikaz komponenti i zone napona
Određivanje transformacijama i matematičkim operacijama dolazi se od 18 komponenti
napona do 6 komponenti i to po 3 normalne i 3 tangencijalne. I pored svih nastojanja ni

98/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
do danas ne postoji uopštena teorija o prirodnom stanju napona u stenskim materijalima
iako postoji veliki broj teorija i hipoteza koje se bave ovom problematikom.

1.2.1.5. Osnovna teoretska razmatranja primarnog naponskog stanja

U daljem tekstu prikazaće se neke od postojećih hipoteza i stavova vezanih za primarno
naponsko stanje.

1.2.1.6. Primarno naponsko stanje

Model kružnog otvora u stenskoj masi
Poznavanje primarnih napona važno je za definisanje graničnih uslova u analizama
sekundarnog stanja napona. Veliki broj merenja izvršena širom sveta pokazuju da se
vertikalni naponi mogu prilično tačno iraziti sledećom jednačinom:

σv = γ ∙ H
gde je:
σv - vertikalni napon
γ - zapreminska težina (prosečno 2,7 kN/m
3
)
H - dubina, visna nadsloja stenske mase (m).
Na primer:
Na dubini od 1.000 m vertikalni napon biće:
σv = 2,7·1000 = 2700 Mg/m
2
= 27 MN/m
2
= 27 MPa

Jedan od prvih istraživača koji je ustanovio da se stenske mase nalaze u prirodnom
naponskom stanju, bio je švajcarski geolog Hajm (A. Heim). On je na osnovu posmatranja
ponašanja stenskih masa u toku iskopa dubokih alpskih tunela došao do zaključka da se
stenska masa nalazi u prostornom naponskom stanju (sl.109).

Sl.109:- Primarno naponsko stanje sa vertikalnim i horizontalnim komponentama.

Gde je vertikalna komponenta napona približno jednaka težini nadsloja stenske mase:
σv = γ ∙ H
gde je: γ - zapreminska težina (kNm
3
),
H - visna nadsloja stenske mase (m).

Horizontalna komponenta je približno jednaka vertikalnoj, tj.: σv ≈ σh ≈ γ ∙ H. Međutim,
određivanje horizontalnih napona je teži problem. Uobičajeno je da se horizontalni naponi
izražavaju u funkciji vertikalnih na sledeći način:
σh = λσv = λ·γ·H
Tercagi i Rihter (1952) predložili su za stensku masu opterećenu samo težinom
nadslojeva, vrednost λ (koeficijent bočnog pritiska) koja ne zavisi od dubine

99/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
λ =
&#3627409160;
1−&#3627409160;

gde je:
ν - Poasonov koeficijent stenske mase.

Navedeni način određivanja horizontalnih napona, do izvesnog vremena, se vrlo često
koristio. Velika odstupanja izmerenih od na ovaj način određenih vrednosti horizontalnih
napona, doveli su do skoro potpunog napuštanja ovog pristupa.

Merenja horizontalnih napona u velikom broju rudnika i podzemnih građevina, pokazala
su da koeficijent λ ima veće vrednosti na malim dubinama i da ima tendenciju smanjivanja
sa povećanjem dubine. Ova pojava može se objasniti samo posmatranjem problema na
znatno većoj skali nego što je istraživana lokacija. Šorej (Sheorey) je razvio elasto-statički
termalni model zemlje koji razmatra zakrivljenost zemljine kore i varijaciju elastičnih
konstanti, gustine i termalne ekspanzije zemljine kore. Sheorey za koeficijent λ predlaže
sledeći izraz:
λ = 0.25 + 7·&#3627408492;
&#3627408521;(0.001+
&#3627409359;
??????
)
gde je:
H - dubina (m)
Eh (GPa) - srednji modul deformabilnosti gornjeg dela zemljine kore meren u
horizontalnom pravcu.
Napomena:

Slojevite stene imaju veoma različite module u pravcu normalnom na slojevitost i pravcu
paralelenom sa slojevitošću. Međutim, ni pristup koji je predložio Šorej (Sheorey), ne
objašnjava pojavu vertikalnih napona koji su veći od proračunatih, pojavu vrlo visokih
horizontalnih napona ili zašto su dva izmerena horizontalna napona na istoj lokaciji vrlo
retko jednaka. Ove pojave verovatno su posledica lokalne topografije i geoloških
svojstava koja se ne mogu uzeti u obzir na velikoj skali kao što predlaže Sheorey.

Ako analize sekundarnih napona pokažu da veličina primarnih napon ima značajnu ulogu
na stabilnost iskopa, onda treba izvršiti merenja - veličine i orijentacije.

Merenjima je pokazano da horizontalni naponi mogu imati vrlo visoke vrednosti i da na
nekim lokacijama mogu biti nekoliko puta veća od vertikalnih. Na ovu pojavu mogu
uticati:
- erozija,
- tektonske aktivnosti,
- anizotropija stenske mase,
- lokalni efekti u blizini diskontinuiteta,
- efekt merila(scale effect).

Na raspodelu naponskog stanja u terenu znatno utiču strukturna svojstva stenskih masa.

Dakle, na raspodelu napona u terenu veliki uticaj imaju neravnost reljefa i njegova izmena
u vremenu, prostorna i vremenska izmena geološke građe i fizičko-mehaničkih svojstava
stena i tehnogena delatnost čoveka. Ti faktori imaju, po pravilu, lokalni karakter, ali mogu
da izazovu bitne i brze promene postojećeg naponskog stanja.

100/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 12 -Razlozi pojave visokih vrednosti horizontalnih napona
Horizontalna
komponenta
σh = λσv = λ·γ·H

- erozija -
„prekonsolidovano“ tlo
∆σ ≈ γ∙her
(her - debljina
erodiranog sloja
Zemljine kore)

bočni pritisak
Uticaj topografije
terena na veličinu i
orijentaciju glavnih
napona

Uticaj
diskontinuitata na
promenu pravca
napona

Uticaj načina
pojavljivanja stenskih
masa na raspodelu
napona:masivna
stenska masa

Naborana (ubrana)
stenska masa,

U slučaju ubranih stenskih
masa maksimalni naponi se
javljaju u temenima
sinklinala, a ne tamo gde je
maksimalna dubina tunela,
što je posledica uticaja
„svoda“ antiklinale na
smanjenje pritisaka pod
temenom antiklinale.
Naborana (ubrana)
stenska masa

Rasedima izdeljena
stenska masa u
blokove

Sa slike se vidi na delu trase tunela gde
se blokovi oblika klina (blokovi B)
oslanjaju na susedne blokove (blokovi
A) dolazi do povećanja napona u njima,
nezavisno od njihove dubine. Ovu
pojavu je prvi opisao J. Stini (Stiny, J.).

101/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tokom geološke prošlosti došlo je do erodiranja terena što je uticalo na smanjenje
vertikalog primarnog napona u posmatranoj tački (po Hastu). Pri tom se vertikalna
komponenta napona zbog erozije Zemljine kore smanjuje za veličinu her(her -
debljina erodiranog sloja Zemljine kore), a u isto vreme horizontalna komponenta se
smanjuje u manjoj meri, s obzirom na funkciju bočnog pritiska:

Kako se stenska masa ne ponaša idelano elastično, smanjenje vertikalnih napona nije
pratilo proporcionalno smanjenje horizontalnih napona. Stenska masa je „zapamtila“
horizontalne napone koji su u njoj vladali u geološkoj prošlosti dok je nadsloj bio znatno
veći. Ako se radi o tlu, onda kažemo da je tlo „prekonsolidovano“ a stepen
prekonsolidacije iskazuje se koeficijentom prekonsolidacije (OCR overconsolidation
ratio). OCR je odnos vertikalnog napona prekonsolidacije (σv) prema trenutnom
vertikalnom efektivnom naponu koje je posledica mase nadsloja.

Osnovna postavka Hejmove hipoteze je u tome da su horizontalne komponente napona u
osnovi tektonskog porekla, a odnos između horizontalnih i vertikalnih komponenti (λ-
koeficijent bočnog pritiska) približno je jednak jedinici:

Sl.110:- Primarno naponsko stanje sa vertikalnim i horizontalnim komponentama -
model sa potrebnim oznakama:

Dinik (Dinik, A.N.) i Tercagi (Terzaghi, K.) su predložili da se stenska masa posmatra kao
elastična kontinualna sredina koja se nalazi u gravitacionom polju, a deformiše se u
uslovima sprečene bočne deformacije. Sa ovakvom pretpostavkom došli su do sledeće
zavisnosti horizontalne i vertikalne komponente primarnih napona:

gde je - Poasonov (Poisson) koeficijent, tj. hv

Ako se uzme u obzir da je u realnim stenskim masama ν= 0,2 - 0,3, onda je koeficijent
bočnog pritiska λ= 0,25 - 0,43.

102/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Pri eksploataciji mineralnih sirovina na dubinama od 0,8 -1,2 km, a u nekim slučajevima
i do 3,5 km (Južnoafrička republika, Indija), izgradnjom i eksploatacijom tunela na
dubinama od 3 - 3,5 km, podzemnih mašinskih hala brana i drugih industrijskih objekata,
ustanovljeno je da predstava o litostatičkoj raspodeli napona u većini slučajeva ne
odgovara stvarnosti.

Veliki broj naučnika, na osnovu velikog broja merenja napona u granitima i drugim
dubinskim stenama velike čvrstoće, utvrdio je da su horizontalni naponi mnogo puta veći
od vertikalnih (sl.111, i 112). Na ovu pojavu prvi je ukazao N. Hast (Hast, N., 1967). On
je na osnovu velikog broja merenja napona u granitima i drugim dubinskim stenama
velike čvrstoće u periodu od 12 godina (1951-1963), u dubokim rudarskim oknima u
Skandinaviji, utvrdio da su horizontalni naponi mnogo puta veći od vertikalnih (sl.107).
Do istog zaključka, posle analize brojnih eksperimentalnih podataka, došao je i Herget,
G. (1973). Kasnija merenja u više drugih zemalja sveta u različitim stenama i strukturama
(ubrane stenske mase, platforme i sl.) takođe su pokazala da su horizontalni naponi na
dubinama 100 - 200 m (i dublje) veći od napona od sopstvene težine i do 10 -20 puta.

Sl.111:-Dijagrami promene primarnih napona u funkciji dubine: (a) vertikalna
komponenta (Herget, G., 1973), (b) horizontalna komponenta (Hast, N., 1964).

Sa slike 111b vidi se da su ukupni horizontalni naponi pri površini terena 16 MPa, a sa
dubinom se linearno povećavaju do dubine od 1.000 m (gde su vršena merenja), a možda
i do većih dubina (linija A-B). Radi poređenja na slici je data linija C-D, koja predstavlja
horizontalne napone dobijene proračunom uzimanjem u obzir težine stena koje se nalaze
iznad. Tako na primer, na dubini od 100 m horizontalni naponi iznose 25 MPa, što je
skoro 10 puta veći napon od napona od sopstvene težine stena. Na dubini od oko 1.000
m ta vrednost iznosi oko 100 MPa, ili skoro četiri puta više od napona od sopstvene težine
stena.

Objašnjenje ove pojave po Hastu leži u eroziji površinskog dela Zemljine kore, kako je
već rečeno, ∆σ ≈ γ∙her(her - debljina erodovanog sloja Zemljine kore), a u isto vreme
horizontalna komponenta se smanjuje u manjoj meri, s obzirom na funkciju bočnog
pritiska:

103/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.1.6.1. Hajmova (A. Heim) hipoteza

Interesantno je da je Hajm još u prošlom veku, kako je već prethodno rečeno, zaključio
da se tuneli nalaze pod dejstvom napona u svim pravcima i da postoji vertikalna
komponenta normalnog napona koja zavisi od težine više ležeće mase - nadsloja,
odnosno:

gde je:
v - vertikalna komponenta normalnog napona, N/m
2
,
γ - zapreminska težina u prirodnom stanju, N/m
3
,
H- visina posmatrane tačke do površine, m.

Takođe je zaključio da postoji i horizontalna komponenta koja je najverovatnije jednaka
vertikalnoj, odnosno:
Hv
iz čega se dobija koeficijent bočnog pritiska λ, a to je odnos između horizontalne i
vertikalne komponente primarnog napona koji je u ovom slučaju približno jednak
jedinici.

1.2.1.6.2. Tercagijev (K.Terzaghi) pristup - razmatranje

Polazeći od pretpostavki o elastičnosti i kontinuumu stenske mase, Tercagi je zaključio
da, ako se stenska masa nalazi u vertikalnom naponskom polju zbog dejstva gravitacije,
ona mora da se, pored deformacije u vertikalnom pravcu, deformiše i u horizontalnom
pravcu. Ova bočna deoformacija je sprečena zbog prisustva okolne stene, pa po teoriji
elastičnosti proizilazi:

gde je:
-  Poasonov koeficijent
uz uvažavanje početnog stava da je vertikalna komponenta jednaka težini više ležeće
mase - nadsloja.

Prema mišljenju Tercagija, vrednost horizontalne komponente je znatno manja od
vrednosti dobijene po Hajmovoj teoriji, što je demantovano velikim brojem merenja na
terenu. Dakle, iz tih razloga, treba naglasiti da ne postoji ni jedan teoretski pristup koji bi
dao zadovoljavajuća rešenja za analizu prirodnih napona, pa su rešenja tražena u
eksperimentalnom istraživanju, merenju prirodnih napona, što je danas jedino rešenje za
dobijanje relativno realne vrednosti koeficijenta bočnog pritiska.

Od nekoliko, do sada objavljenih podataka o merenjima primarnih napona, uočene su
odgovarajuće zakonitosti koje daju vezu između vertikalne i horizontalne komponente
napona i dubine,do kojih je došao Herget.

Po Hergetu zavisnost između vertikalne komponente napona i dubine data je izrazom:

odnosno prikazano na dijagramu (slika 112)

104/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.112:- Dijagram veze vertikalne komponente napona i dubine

Po Hergetu zavisnost između horizontalne komponente i dubine data je izrazom:

, odnosno prikazano na dijagramu (sl.113)

Sl.113:-Dijagram veze
horizontalne komponente napona
i dubine

U toku izgradnje tunela beogradskog železničkog čvora vršena su merenja pritisaka na
tunelsku podgradu i oblogu. Na delu tunela gde su vršena merenja podzemnih pritisaka,
teren izgrađuju: nasip, les, lesoidna prašinasto-peskovita glina i izmenjen glinoviti
laporac (sl.114 a). Rezultati merenja pritiska u svodu tunela prikazani su na slici 114 b.

Maksimalni pritisak u temenu svoda (pritisna ćelija PC-3) naglo je porastao za samo četiri

105/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
dana nakon betoniranja tunelske obloge i iznosio je 240 KPa, da bi odmah počeo da
opada, a istovremeno dolazi do povećanja bočnih pritisaka (pritisne ćelije PC-2, PC-4,
PC-1 i PC-5).

Sl.114:-(a) Inženjerskogeološki presek terena sa položajem tunela i pritisnih ćelija u tunelskoj oblozi u
svodu i (b) dijagram intenziteta pritisaka u funkciji vremena i faze građenja (Milković, D., 1982).

Ako bi se za računanje pritiska koristila Hajmova hipoteza hidrostatičkog stanja onda bi
vertikalna komponenta pritisaka bila približno jednaka težini nadsloja tj. σv = γ∙h = 17
kNm
3
10 m = 170 kNm
3
, što je za 1,4 puta manje od merenih vrednosti u terenu (240
kNm
3
).

Šorej (Sheorey) za koeficijent kpredlaže sledeći izraz:

k =0,25 + 7 Eh (0,001+1/z)
gde je:
z - dubina (m)
Eh - (GPa) srednji modul deformabilnosti gornjeg dela zemljine kore meren u
horizontalnom pravcu.

106/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.1.6.3. Zaključna razmatranja

Na raspodelu napona u terenu veliki uticaj imaju neravnost reljefa i njegova izmena u
vremenu, prostorna i vremenska izmena geološke građe i fizičko-mehaničkih svojstava
stena i tehnogena delatnost čoveka. Ovi faktori imaju, po pravilu, lokalni karakter, ali
mogu izazvati bitne i brze promene postojećeg naponskog stanja.

Na raspodelu naponskog stanja u terenu znatno utiču strukturna svojstva stenskih masa,
koje se može ilustrovati raspodelom napona duž trase tunela koji se izvodi kroz naborane
i izrasedane stenske mase (tabela 12).

Na osnovu do sada poznatih teorija kao i podataka o izvršenim merenjima primarnih
napona, došlo se do zaključka da vertikalna komponenta primarnih napona u velikom
broju slučajeva zavisi, uglavnom, od težine više ležećih masa - nadsloja u odnosu na
posmatranu tačku u zemljinoj kori.
HV = γ ∙ σ
Sa druge strane na veličinu horizontalne komponente imaju već nabrojani faktori, kao što
su tektonika i zaostali naponi usled erozije Zemljine kore, pa kako su ovi faktori jako
različiti to se dobijaju i različite vrednosti horizontalne komponente u odnosu na težinu
više ležeće mase - nadsloja.

U praksi je prihvaćeno da se veličina horizontalne komponente određuje na osnovu
sledeće veze:
 za stenske mase koje se ponašaju elastično:

 za stenske mase koje se ponašaju plastično:

gde je:
- φ ugao unutrašnjeg trenja materijala,
- μPoasonov koeficijent.

Iz gore navedenog proizilazi da ne postoji univerzalna šema veze između horizontalnih
napona i težine više ležeće mase - nadsloja, kao što je to slučaj kod vertikalnih napona,
pa je najcelishodnije da se u svakom konkretnom slučaju izvrši merenje primarnih napona
nekom od terenskih metoda.

1.2.1.7. Sekundarno naponsko stanje

Napon koji vlada u stenskoj masi pre nego se u njoj izvrši iskop, posledica je mase gornjih
naslaga - nadsloja i geološke prošlosti stenske mase (primarni naponi). Polje primarnih
napona poremeti se nakon iskopa podzemnog prostora do neke udaljenosti od konture
iskopa. Ovi naponi se u raznoj literaturi obično nazivaju izazvanim naponima (induced
stresses). U našoj literturi označavaju se kao sekundarni naponišto je prihvaćeno i u našoj
inženjerskoj praksi. Nekada ovi naponi mogu biti dovoljno visoki da premaše čvrstoću
stenske mase. U ovom slučaju, lom stenske mase dovodi do nestabilnosti konture iskopa
što se manifestuje na različite načine zavisno od svojstvima stenske mase i nivou
sekundarnih napona. Različiti modeli loma i mere koje se preduzimaju da bi se osigurala
stabilnost građevine, prikazaće se u delu 1.2.3. i 1.2.4.Podgrađivanje stenskog masiva

107/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.115:- Primarno i sekundarno stanje napona oko tunelskog otvora

Svaki iskop u terenu izaziva promenu primarnog naponskog stanja u zoni neposredno uz
iskop. To novo lokalno polje napona, kako je većrečeno, zove se sekundarno naponsko
polje.

Veličina i karakter raspodele napona oko iskopa zavisi od njegovog oblika, odnosa
dužine, širine i visine iskopa; dubine ispod površine terena, blizine susednih iskopa,
deformacionih karakteristika stena u kojima se izvodi iskop, veličine i karaktera
primarnog naponskog stanja i dr. Zakonitosti raspodele napona oko iskopa ustanovljene
su na osnovu: proračuna, modeliranja na ekvivalentnim i optički aktivnim materijalima,
merenja napona u prirodnim uslovima i opažanja deformacija zidova iskopa.

Tangecijalni i radijalni naponi oko okna su nezavisna od prečnika okna, tangecijalni
naponi zavise samo od dubine i Poasonovog koeficijenta. Na konturi okna radijalni napon
ima minimalnu vrednost (r = 0), a tangecijalni napon maksimalnu vrednost (t = 2p).
Radijalni napon stalno raste, a tangencijalni napon stalno opada sa udaljavanjem od
konture okna, tako da je zbir oba napona u svakoj tački:
t + r = 2p.
Otvor-iskop u stenskoj masi menja postojeće napone u njoj. To može da dovode do
nestabilnosti zidova podzemnog iskopa i u tom slučaju postaje neophodno da se predvidi
ili podgrada ili obloga, čiji projekat mora da vodi računa o obezbeđenju ravnoteže u
stenskoj masi. Da bi se odredili uslovi ove ravnoteže koriste se:
- teorija elastičnosti,
- teorija plastičnosti i
- izvođenje opita in situ.

Na slici 116 prikazano je sekundarno naponsko stanje u zoni oko iskopa kružnog
poprečnog preseka za slučaj kada je koeficijent bočnog pritiska = 1. Na slici 117
prikazane su linije tangecijalnih i radijalnih napona za slučaj elastoplastične sredine. U
ovom slučaju oko tunelskog otvora, na osnovu teoretskih i eksperimentalnih istraživanja,
u stenskim materijalima mogu se javiti tri karakteristične zone sekundarnih napona,
sl.117, 119 i 120:
 zona oslobođenih napona (plastična zona),
 zona povećanih napona (elastična zona),
 intaktna - neporemećena zona (zona primarnih napona).

108/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Broj zona, položaj, veličina i oblik su različiti i zavise, pre svega, od veličine sekundarnih
tangencijalnih napona oko podzemne prostorije kao i vrednosti monoaksialnih čvrstoća
stenskih materijala u kojima je prostorija izvedena. Od toga zavisi da li će otvor podzemne
prostorije biti stabilan ili nestabilan.

Naponska stanja koja vladaju u stenskoj masi u prirodi ispoljavaju se, posle iskopa
podzemne prostorije, na dva načina. Ako je mehanička otpornost stenske mase, u odnosu
na veličinu napona koji se javljaju oko tunelskog otvora, dovoljno velika, neće doći do
nikakvih deformacija, odnosno do promene dimenzija i oblika podzemnog otvora. Ako
je mehanička otpornost mala, može doći do velikih deformacija, odnosno do pokreta
stenske mase koja teži da ispuni tunelski otvor. Sve dok se ovom pokretu ne
suprostavimo, govori se samo o naponima i deformacijama. Ako se ovom pokretu
suprostavimo podgradom ili oblogom, javljaju se podzemni pritisci. Te pojave koje se
vidno ispoljavaju, za vreme probijanja stenske mase, a koje izazivaju veće ili manje
pritiske na podgradu odnosno oblogu, nazivamo podzemnim pritiscima.

Analiza raspodele sekundarnih napona u zoni horizontalne podzemne prostorije dat je
šematski prikaz raspodele sekundarnih napona oko nepodgrađene prostorije za slučaj
stabilnog i nestabilnog otvora, uz pretpostavku da su horizontalni i vertikalni naponi
jednaki.

1.2.1.7.1. Stabilan otvor nepodgrađene horizontalne podzemne prostorije

Radijalni napon na konturi iskopane podzemne prostorije je jednak nuli i raste sa
udaljenjem od konture i asimptotski se približava vrednosti primarnog napona.

Sl.116:- Šematski prikaz stabilnog otvora - raspodela napona oko otvora kružnog
poprečnog preseka u elastičnoj sredini.

Sa druge strane na konturi iskopane podzemne prostorije tangencijalni napon je dvostruko
veći od primarnog napona i koji se sa udaljavanjem od konture prostorije asimptotski
približava vrednosti primarnog napona. Kada je maksimalna čvrstoća stene na pritisak
veća od vrednosti tangencijalnog napona na konturi otvora, tada je prostorija stabilna i ne
dolazi do loma.

U ovom slučaju, vidi se na šemi, razlikuju se samo dve zone sekundarnih napona i to zona
povećanih napona i intaktna zona, gde izrada podzemne prostorije nije imala uticaj na
primarno naponsko stanje.

109/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.1.7.2. Nestabilan otvor nepodgrađene horizontalne podzemne prostorije

Na konturi nestabilnog otvora iskopanog objekta radijalni napon ima minimalnu vrednost
(σr = 0), a tangecijalni napon maksimalnu vrednost (σt = 2∙p).

U ovom slučaju vrednost radijalnog napona na konturi prostorije je jednaka ili veća od
čvrstoće stene i raste sa udaljenjem od otvora. Na određenom rastojanju postoji prevojna
tačka od koje na dalje radijalni napon opada i asimptotski se približava vrednosti
primarnog napona. Dakle, radijalni napon stalno raste, a tangencijalni napon stalno opada
sa udaljavanjem od konture okna, tako da je zbir oba napona u svakoj tački:
σt + σr = 2∙p.

Kada je vrednost jednoaksialne čvrstoće na pritisak manja od dvostruke vrednosti
primarnog napona, tada dolazi do loma na konturi iskopane prostorije. Zato u ovom
slučaju razlikuje se zona oslobođenih napona, zona povećanih napona i intaktna
(neporemećena) zona u kojoj se ne oseća uticaj izgrađene prostorije na vrednost
primarnih napona.

Sl.117:- Raspodela napona oko otvora kružnog poprečnog preseka u elastoplastičnoj sredini.

Sl.118:- Plastična zona oko kružnog tunela

110/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.119:- Ilustracija glavnih napona indukovanih u elementu stene u blizini horizontalnog
tunela izložen vertikalnim naponom σv, horizontalnim naponom σh1 u ravni koja je
normalna na osu tunela i horizontalnim naponom σh2 paralelan sa osom tunela.

Sl.120:- Trajektorije napona u stenskoj masi oko kružnog otvora (pre iskopa i posle
iskopa) i tangencijalni i radijalni naponi u elastičnoj i ne elastičnoj sredini, (Panthi,2011)

111/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U zavisnosti od mehaničkih i strukturnih osobina kao i tehnologije izrade prostorije
moguće je da ne dođe do plastičnih deformacija stene u zoni oslobođenih napona, već
samo do rastresanja u određenom stepenu, što dovodi do formiranja prirodne zone (prsten
ako je presek krug) oko otvora unutar koga može doći do pokreta ili ispadanja pojedinih
komada stenskog materijala.

Kad se radi o ovoj zoni - nosivom svodu, tj.zoni oslobođenih napona (plastična zona),
treba kazati da se, često, formira nezavisno od iskopa a u zavisnosti od orijentacije
diskontinuiteta i vrednosti primarnih napona, pa će, kod degradiranih stena (izrazito
pukotinski sistemi), doći do većeg obrušavanja (šiljasti oblik svoda), dok kod čvrstih stena
može doći do odlamanja na bokovima zbog koncentracije napona na bokovima. Kod
izrazito slabih stena dolazi do pojave jamskih pritisaka i na gornjim i na donjim delovina.

Sl.121:- Pojave obrušavanja (šiljasti oblik svoda) i odlamanje na bočnim zidovima tunela
zbog koncentracije napona na bokovima. 1- krovni padajući klin i 2- bočni klizajući klin.

Sl.122:-Mehanizmi podgrade stenskim ankerima na krovu (svodu) i bočnim zidovima tunela

Sl.123:- Privezivanje“ malih klinova u tesno povezanoj stenskoj masi. Mlazni beton
može pružiti efikasnu podršku u takvim stenskim masama.

112/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kvalitet stenskog materijala, veličina i oblik podzemne prostorije, kao i način i brzina
izvođenja radova, najviše utiču na karakter promene napona s tim što, uvek, treba imati
na umu da su promene koje se dešavaju u stenskom materijalu vremenskog i progresivnog
karaktera tokom vremena i da, ukoliko se ove promene ne spreče na vreme ili svesno
produže, može doći do neželjenih posledica (zarušavanja) iskopa.

Sl.124:-Vertikalni presek kroz trodimenzionalni model konačnih elemenata loma i
deformacije stenske mase oko čela kružnog tunela koji napreduje. Grafikon prikazuje
vektore pomeranja, kao i oblik deformisanog profila tunela.

Sl.125:-Primer u obliku „pseće kosti“ koji su koristili Ramsei i Chester (2004) za
ispitivanje nestalnosti na zatezanje na mermere Carrare, Italija.
Sl.126:- Šematski prikaz različitih zona oštećenja oko podzemnih iskopa.

Radijalno pomeranje

Treba napomenuti da i kod nepodgrađenog objekta, čelo tunela (tunnel face) predstavlja
prividnu nosivost podgrade (apparent support pressure). Ova prividna nosivost
obezbeđuje stabilnost u periodu od iskopa do ugradnje podgrade.

113/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.127:- Raspodela napona u području iskopa (Stress distribution in excavition areas)

Kod analize interakcije stenske mase i podgrade treba početi od deformacija koje se
događaju u blizini čela nepodgrađenog iskopa, gde nastaju radijalna pomeranja.

Radijalna pomeranja:
- započinju na nekoj udaljenosti ispred čela podzemnog objekta (oko 0,5-2,5d, gde je d
prečnik objekta - iskopa) - (sl.128 tačka 1);
- dostižu oko trećine od konačne vrednosti na čelo objekta (sl.128, tačka 2);
- dostižu maksimum na udaljenosti od 4,5d iza čela iskopa (sl.128, tačka 3).

Sl.128:- Obrazac deformacije u stenskoj masi koja okružuje tunel koji napreduje

114/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 129:- Pritisak podgrade pi (misli se na prividnu a ne stvarnu podgradu) na različitim
pozicijema u odnosu na čelo tunela

Prividni pritisak nosivost podgrade je (slika 127, 128 i 129)
- jednaka primarnim naponima (pi= po) na nekoj udaljenosti (oko 0,5 - 2,5d - prečnika
iskopa) ispred čela objekta, tj. u neiskopanom delu objekta;
- jednaka četvrtini do trećine primarnih napona na samo čelo objekta;
- postupno dolazi do vrednosti nula na nekoj udaljenosti iza čela objekta, oko 4,5 d od
čela iskopa.

Plastifikovanje stene u okolini iskopa ne znači da će doći do kolapsa tunela. Slomljeni
materijal (failed material) još uvek ima veliku čvrstoću. Ako je debljina plastifikovane
zone mala u odnosu na prečnik iskopa (tunela), može se pojaviti manji broj prslina i manji
obim ljuštenja (raveling or spalling).

Ako je plastifikovana zona velika, dolazi do rastresanja stene što za posledicu ima
pomeranja konture iskopa i eventualno do kolapsa tunela.

Osnovna funkcija podgrade je kontrola pomeranja konture iskopa (inward displacement
of the walls) radi sprečavanja rastresanja koje može dovesti do kolapsa tunela. Ugradnjom
podgrade (sidra, mlazni beton, čelični lukovi) ne može da se spreči lom (failure) stene u
okolini tunela koja je izložena velikim preopterećenjem, ali će ona imati značajnu ulogu
u kontroli deformisanja tunela.

1.2.1.7.3. Karakteristična kriva stenske mase, sl.131 („ground reaction curve“ ili
„characteristic line“) predstavlja odnos unutrašnjeg pritiska podgrade i konvergencije
tunela (radijalno pomeranje konture iskopa). Na primer, ako je tunel kružnog poprečnog
preseka poluprečnika r0 iskopan u stenskoj masi u kojoj vlada hidrostatički primarni
napon p0, i da na konturu iskopa deluje jednoliki pritisak podgrade pi. Lom stenske mase
koja okružuje tunel desiće se kada je unutrašnji pritisak podgrade manji od kritičnog
pritiska podgrade pcr. Kada je unutrašnji pritisak podgrade veći od kritičnog pritiska
podgrade pcr, neće doći do loma stenske mase i stenska masa u okolini tunela ponašaće
se elastično. Radijalni elastični pomaci konture tunela računaju se po obrascu.

Sl. 130:-Radijalni elastični pomaci konture tunela

115/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ako je unutrašnji pritisak podgrade pi manji od kritičnog pritiska podgrade pcr, desiće se
lom stenske mase i formiraće se plastifikovana zona poluprečnika rp u okolini tunela.
Radijalna plastična pomeranja uip definisana su karakterističnom krivom između pi=
pcripi= 0. Na slici 131 prikazana je tipična karakteristična krivu stenske mase.

Sl.131:- Karakteristična kriva stenske mase predstavlja odnos unutrašnjeg pritiska
podgrade i konvergencije objekta (radijalno pomeranje konture iskopa)
Karakteristična linija pokazuje:
- nema pomeranja konture iskopa kada je pritisak podgrade jednak primarnom
naponu (pi = po).
- elastično pomeranje uie za po> pi> pcr
- plastično pomeranje uip za pi< pcr
- maksimalno pomeranje kada je pritisak podgrade jednak nuli.

Od kriterijuma čvrstoće i svojstava stenske mase zavise:
- kritični pritisak podgrade pcr
- poluprečnik plastifikovane zone rp
- oblik karakteristične krive u plastičnom području (pi<pcr).
Karakteristične linije stene i podgrade, u literaturi, javljaju se pod različitim nazivima:

•Fenner-Pacher curve, •load-deformation curves, •ground reaction curve, •ground
response curve, •available support line, •confinement- convergence curve, •rock and
support characteristic curve.

Sl.132:- Interakcija podgrade i stenske mase

116/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.133:- Raspodela deformacija uz čelo iskopa i izvedenog dela tunela

Detaljnije u delu 1.2.2. Stabilizacija stenskih masa (engl. rock stabilization) i 1.2.6.

1.2.1.8. Metode rešavanja geotehničkih problema

Neki problemi graničnih stanja u mehanici tla, u 18. i 19. veku, rešavani su kada su
analizirane teorije zemljanih pritisaka i nosivosti tla, stabilnosti kosina, proceđivanja vode
i elastičnosti. Ali, klasičan pristup u rešavanju geotehničkih graničnih stanja razvijen je
tek u prvoj polovini 20. veka. Karl Tercagi (Karl Terzaghi, 1943)je u „Teorijskoj
mehanici tla“ geotehničke probleme svrstao u dve osnovne grupe:
1. Problemi deformacija (sleganja)
2. Problemi stabilnosti (zemljani pritisci, nosivost tla, stabilnost kosina).

Uslovi za rešavanje tih problema iskazani su matematičkim relacijama na šemi, sl. 134.

Sl.134:- Šematski prikaz uslova za rešavanje deformacija i problema stabilnosti

Uslovi ravnoteže (veza sila i napona) i uslovi kompatibilnosti (veza deformacija i
pomeranja) proizilaze iz opštih zakona mehanike kontinuuma, koji su izvedeni za
materijale mnogo jednostavnije od tla, a konstitutivni zakoni (veza napona i deformacija)
za tlo određuju se eksperimentalno i važe samo za primenjene uslove ispitivanja. Tako
dobijen sistem parcijalnih diferencijalnih jednačina rešava se na osnovu poznatih
graničnih (konturnih) uslova (po silama, pomeranjima ili mešovitih).

117/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Da bi se tačno rešenje (koje zadovoljava sve uslove ravnoteže i kompatibilnosti za svaki
nivo opterećenja) moglo dobiti ako bi postojao konstitutivni model tla u kome je korektno
matematički izražen odnos napona i deformacija u celom rasponu mogućih stanja napona,
uključujući i lom. Kako zbog spoljašnje i unutrašnje sile pomeranja naponi σij(σ, τ),
deformacije εij (ε,γ), uslovi ravnoteže, uslovi kompatibilnosti, konstitutivni zakoni
materijala (tla), kompleksnosti veza između napona i deformacija (nelinearne,
nereverzibilne, zavise od vremena, putanje napona, temperature, itd) takav jedinstveni
model tla (još uvek) nije definisan.

Rešenja u praksi dobijaju se tako što se osobine tla idealizuju i manje-više jednostavno
analitički izraze preko različitih modela. Model kojim se predstavlja realno tlo treba da
bude kompletan, tj. primenljiv za sve nivoe radnih napona, zasnovan na fizičkoj
interpretaciji ponašanja tla pri promeni napona i da se njegovi parametri mogu dobiti iz
standardnih ispitivanja.
Metodologija rešavanja geotehničkih problema obično obuhvata sledeće faze:
 Prethodna geotehnička istraživanja, koja obuhvataju pregled terena i raspoložive
dokumentacije, planiranje i izvođenje detaljnih istraživanja,
 Terenska istraživanja i ispitivanja, koja mogu biti površinska i dubinska,
 Laboratorijska ispitivanja uzoraka tla, kojima se određuju opšta fizička svojstva
(gustina, vlažnost, poroznost, itd.), kao i mehanička svojstva (deformabilnost, čvrstoća,
vodopropusnost),
 Geomehanički proračuni ponašanja tla, koji obuhvataju izbor računskog modela i
sprovođenje geomehaničkih proračuna stabilnosti i deformacija tla,
 Izrada geotehničkog izveštaja, koji sadrži rezultate, njihovu analizu i procenu ponašanja
sistema „tlo - objekat“.
 Kontrola terenskih uslova u fazi realizacije projekta (tokom gradnje) i upoređivanje sa
uslovima kakvi su predviđeni u projektu,
 Ponekad je i nakon završetka gradnje potrebno angažovanje geotehničara, npr. u
slučaju terena gde je proces sleganja dugotrajan, pa se monitoring vrši mesecima ili
godinama po izgradnji.

U novije vreme raste svest o tome da prostornu promenljivost geotehničkih materijala
treba na odgovarajući način uvesti u geotehničke proračune. Pristup koji uzima u obzir
ove efekte priznat je i prisutan u svim novijim stručnim kodeksima. EVROKOD 7 je uveo
koncept karakterističnih vrednosti u proces geotehničkog projektovanja, što je značajna
promena u odnosu na tradicionalne metode, koje se zasnivaju na globalnom faktoru
sigurnosti (Hicks i dr., 2005).

Prema tome, istraživanje pojava podzemnog pritiska razvija se u tri osnovna pravca, pri
čemu se najcelishodnija rešenja nalaze u kombinaciji ovih ispitivanja:

 Analitičke metode istraživanja podzemnog pritiska bazirane su na primeni teorije
elastičnosti i plastičnosti na stenske materijale uz određene korekcije koje nastaju kao
rezultat primene određenog rešenja u praksi,
 Modelska istraživanja na modelima od ekvivalentnog i optički aktivnih materijala uz
oponašanje realnih terenskih uslova,
 Istraživanje i ispitivanje manifestacija podzemnog pritiska merenjem u hodnicima ili
otkopima u radu kao i u podzemnim prostorijama koje se za određena merenja posebno
izrađuju.

118/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Veoma je važno naglasiti da istraživanje i ispitivanje podzemnog pritiska predstavlja
timski rad većeg broja specijalista koji počinje izradom i postavljanjem određenog
programa istraživanja, uz odgovarajuća laboratorijska ispitivanja radi dobijanja podataka
o radnoj sredini radi definisanja metodologije ispitivanja, izbora opreme i instrumenata
za modelska i terenska ispitivanja.

Još iz prošlog veka datiraju nastojanja stručnjaka da se analitički odredi veličina
podzemnog pritiska, ali zbog složenosti problema ni danas ne postoji opšte prihvaćena
analitička metoda za određivanje podzemnih pritisaka za diskontinualne sredine, dok
postoje neke metode koje su u praktičnoj primeni za kontinualne izotropne sredine.

Kako je u praksi razvijen veliki broj metoda, to se sve mogu svrstati u četiri osnovne
grupe:
- poluempirijske metode,
- metode teorija rasteretnih svodova,
- metode teorija plastičnih zona i
- metoda deformacija.

U principu pravci sidara će biti radijalni, tj. normalni na oblogu (± 10 stepeni). Položaj
sidara može odstupati od opšteg radijalnog pravca samo u slučaju da su slojevi nepovoljna
podloga, itd

Uopšte, smer stenskih ankera mora biti radijalno, tj. normalan na oblogu (± 10 stepeni).
Može se odstupati od opšteg radijalnog smera kakobi se nosile sa nepovoljnim podlogama
itd.

Sl.135:- Pravac sidara - Položaj sidara. Uopšteno smer ankera za stene biće radiajalno, tj normalno
na oblogu (± 10 stepeni). To može odstupati od P.Goswami opšteg radijalnom pravcu da se izbori sa
nepovoljnom podlogom, itd

119/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.2. STABILIZACIJA STENSKIH MASA (engl. rock stabilization)

1.2.2.1. Osnovni efekti i tehnike iskopa u stenskoj masi

Kako je već rečeno, kod svakog stenskog masiva u njegovoj unutrašnosti javljaju se
primarna naponska stanja nezavisno od njegovog postanka i tektonske promene. Polje
primarnih napona može se narušiti nakon iskopa podzemnog prostora i to do neke
udaljenosti od konture iskopa. Naponi koji se javljaju u tom prostoru nazivaju se
sekundarna naponska stanja.

Nakon iskopa podzemnog prostora narušeno je primarno geostatičko naponsko stanje
radne sredine i javljaju se sekundarna geostatička naponska stanja. Zato je neophodno
razraditi sve efekte koje podzemni iskop može prouzrokovati u stenskom masivu, kao i
adekvatne mere i postupke-strategiju njegove stabilizacije. Termin strategija stabilizacije
podrazumeva izbor načina podgrađivanja, kao i određivanje vremena nakon koga je
najpogodnije da se podgrada ugradi. Na ovaj način uspostavlja se nova ravnoteža u
stenskom masivu. Na sl.132-136 prikazana je šema različitih zona oštećenja oko
podzemnih iskopa.

Sl.136:-Kompilacija zona oštećenja sa definicijama ilustrovana je u generičkom polju
napona. (Siren, 2015)

120/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.137:- Šema zona oštećenja oko podzemnih iskopa.
Sl.138:- Zone oštećenja oko potkovičastog iskopa, gde je σr radijalni napon, σttangencijalni napon, γ
je specifična težina opterećujućih slojeva - nadsloja, a H je dubina iskopa.
Sl.139:- Pregled različitih zona oštećenja oko podzemnog iskopa kružnog oblika.

121/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.140:- Distribucija glavnih napona u steni koja okružuje tunel. Krstići i krugovi
označavaju zonu oštećenja stene.

1.2.2.2. Uticaj podzemnog iskopa na stenski masiv

Tunelske konstrukcije su rezultat specifične podzemne građevinske aktivnosti, izvode se
iskopom stenske mase ili tla, pri čemu se statička ravnoteža obezbeđuje pomoću
interakcije tunelske obloge i stenske mase odnosno tla oko tunela.

Principi stabilizacije za dva slučaja:

1. Sekundarni naponi izazvani iskopom su manji od granične čvrstoće stene (pre-lomno
područje kompletne naponsko-deformacione krive).

2. Sekundarni naponi premašuju graničnu čvrstoću stene (post-lomno područje
kompletne naponsko-deformacione krive - rezidualna čvrstoća stene).

Sl.141:- Naponsko-deformaciona kriva kod ispitivanja jednoosnog pritiska

122/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.142:- Naponsko-deformaciona linija prikazana kao odnos napona i deformacija
uzorka tokom ispitivanja troosnim pritiskom

Postoje dve osnovne metode stabilizacije stenske mase koje se mogu izvoditi pojedinačno
ili u kombinaciji. To su:
- armiranje (ojačanje) stene stenske mase (rock reinforcement) i
- podgrađivanje (podupiranje) stenske mase (rock support).

Ove dve metode razmotriće se za dva modela stenske mase:
- stenska masa se ponaša kao kontinuum,
- stenska masa se ponaša kao diskontinuum.

Sl.143:-Odnos između maksimalnih
/minimalnih glavnih napona po
kriterijumu Hoek Brauna i
ekvivalentnih vrednosti dobijenih
korišćenjem Mohr Coulomb
kriterijuma.

Sl.144:-Doprinos dilatacije i smicanja na
smičuću čvrstoću diskontinuiteta

123/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.2.3. Delovanje iskopa na stensku masu

Primarni efekti iskopa su:

1. Pomeranje granice iskopa zbog uklanajnja napregnute stenske mase, što
omogućuje pokrete okolne stenske mase (zbog rasterećenja) - pomeranje i lom stene.

2. Nema normalnih i smičućih napona na nepodgrađenoj površini iskopa pa zbog
toga granica iskopa mora biti ravan glavnih napona. Pri tome je glavni napon, normalan
na ravan iskopa, jednak nuli. Zaključno, iskop će izazvati glavnu preraspodelu
primarnih napona, kako po veličini, tako i po orijentaciji - poremećaj polja napona -
rotacija napona.

3. Na granicama iskopa pritisak vode će pasti na nulu (tj. na atmosferski pritisak).
Iskop će delovati kao drenaža - voda će iz stenske mase teći prema iskopu sve do
izjednačavanja potencijala - tečenje vode - iskop deluje kao dren.

Dakle, postoje tri primarna efekta delovanja podzemnog iskopa na stensku masu, sl.145:

1 - pomeranje i lom stene,
2 - poremećaj polja napona - rotacija napona i
3 - tečenje vode - iskop deluje kao dren.
Sl.145:-Tri primarna efekta iskopa na stensku masu

Efekat 1: Pomeranje i lom stene

Stenska masa se pomera u iskop jer je uklonjen deo stenske mase sa kojom je bila u
ravnoteži. Pomeranja u prostor (granici) iskopa zbog odstranjivanja napregnute stenske
mase dovodi do pomeranja okolne stenske mase (zbog rasterećivanja).

Sl.146:- Efekat 1: pomeranje i lom stene

Pomeranje stenske mase može se dozvoliti ili ograničiti merama stabilizacije. Zato je
bitno znati koji od sledećih mehanizama prouzrukuje pomeranje:

124/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- blok stene pokreće se u iskop;
- stenska masa se deformiše kao celina (elastična deformacija);
- pomeranje je rezultat loma u steni.

Dakle, projektom treba definisati značaj svakog oblika i veličinu pomeranja stenske
mase. Važno je znati koji od navedenih mehanizama prouzrokuje pomeranja.

Moguće je da sva tri mehanizma deluju istovremeno. Poznavanjem i razumevanjem ovih
mehanizama moguće je definisati strategiju i načine stabilizovanja stenske mase.
Stručno lice, inženjer odgovarajuće struke, treba tražiti oblike iskopa koji će za posledicu
imati najmanje sekundarne deformacione napone.

Efekat 2: Poremećaj polja napona - rotacija napona

Normalni i tangencijalni naponi na granici nepodgrađenog iskopa imaju vrednost nula
zbog čega granica iskopa postaje ravan glavnih napona. Pri tome glavni napon,
normalan na ravan iskopa je jednak nuli. Ovo znači da će iskop prouzrokovati
preraspodelu primarnih napona i po veličini i po orijentaciji glavnih napona. Uloga
rudarskog-građevinskog inžinjera je da izabere takav oblik iskopa koji će prouzrokovati
najmanje sekundarne napone.

Sl.147:- Efekat 2: poremećaj polja
napona - rotacija napona

Poremećenje polja naprona dovešće do povećanja deformacione komponente napona u
zoni uticaja iskopa što pogoduje stvaranju uslova za lom stene. Uz sami iskop, stena je u
stanju jednoosnog odnosno dvoosnog pritiska (zavisno od toga analizira li se ravninski
ili prostorni model). Poznato je da ista stena ima neuporedivo manju čvrstoću u stanju
jednoosnog pritiska u odnosu na čvrstoću pri troosnom pritiski (slika 147. i 148.).

Sl.148:- Poremećenja polja napona (a) promena veličine i orijentacije glavnih napona u zoni uticaja
iskopa (b) čvrstoća stene u uslovima jednoosnog i troosnog pritiska.

125/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.149:- Rekapitulacija jednačina vezanih za Hek-Braunov nelinearni kriterijum loma
- odnosi glavnih napona pri lomu

Efekat 3: Tečenje vode - iskop deluje kao dren

Na granici iskopa pritisak vode pada na nulu (tačnije na visinu atmosferskog pritiska).
Iskop će delovati kao drenaža i voda će doslovno curiti iz stenskog masiva u otkopanom
prostoru sve do izjednačenja potencijala. Voda deluje nepovoljno na stabilnost stenskih
blokova, a može prouzrokovati i dezintegraciju i bubrenje nekih stena.

Hidrostatički pritisak vode nepovoljno utiče na stabilnost blokova stene. Voda takođe
može prouzrokovati dezintegraciju i bubrenje nekih stena (glinci....).

Sl.150:- Efekat 3: tečenje vode - iskop deluje kao dren

Napred su navedena tri glavna efekta iskopa na stensku masu u cilju razumevanja njihovih
mehanizama.

Cilj građevinskih zahvata ne treba biti eliminisanje ova tri primarna efekta već njihovo
kontrolisanje.

126/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.2.4. Strategija stabilizacije

Procena čvrstoće i deformabilnosti stene i in situ stenskih masa predstavlja osnovni
problem pri analizama u svim vrstama projektovanja kod rešavanja problema stabilnosti
padina, temeljenja i izvođenja podzemnih iskopa - otvora u stenskoj masi. Laboratorijska
ispitivanja na uzorcima stene ne reprezentuju ponašanje stenske mase znatno veće
zapremine (Hudson and Harrison, 1997). Ispitivanje čvrstoće stenske mase in situ retko
je praktično ili ekonomski moguće. Povratne analize, sprovedene na osnovu opažanih
lomova stenske mase, mogu rezultirati reprezentativnim vrednostima parametara čvrstoće
stenske mase u velikoj razmeri, ali to je moguće jedino u slučajevima u kojima se lom i
stvarno dogodio (Sjoberg, 1997, 1999; Sonmez et al., 1998, Sonmez and Ulusay, 1999;
Sonmez and Ulusay, 2002). Stvarni izazov u mehanici stena predstavlja problem
predviđanja i usvajanja parametara čvrstoće stenske mase velikih razmera kod rešavanja
inženjerskih problema.

Pri izradi tunela kroz meko tlo, uvek je neophodna spoljna dodatna podgrada (pojačanje
tla ili poboljšanje tla) u nekoj fazi iskopa.

Glavni problem sa konvencionalnim metodama pri izradi tunela kroz teške geotehničke
uslove je kontrola deformacija: bez podgrade ili obrade, tlo slabi i teži da potone u otvore
(pad tla sa gornjeg dela tunela, istiskivanje (ekstruzija) čela tunela, lom čela tunela),
fenomen nazvan "dekompresijom".

Pojačanje (ili poboljšanje tla) deluje direktno na mehanička svojstva tla poboljšavajući
njegovu prirodnu čvrstoću i svojstva deformacije pomoću odgovarajućih tehnika
poboljšanja tla.

Na osnovi uspostavljenih odnosa stanja napona i deformacija iz rezultata in situ merenja
u ranim fazama izgradnje objekta, ali i rezultata merenja i ponašanja već izvedenih
objekata u sličnim geotehničkim uslovima stenske mase, omogućuje se predviđanje
ponašanja ojačanja stenske mase u kasnijim fazama građenja. Time su omogućene
pravovremene intervencije u podgradnim sklopovima na ojačanim stenskim zasecima -
iskopima, kao i mogućnosti unošenja dodatnih sila u elemente podgrade radi postizanja
kvalitetnijih podgradnih sistema. Rezultat toga je sigurniji i ekonomičniji način
podgrađivanja stenske mase.

1.2.2.4.1. Principi stabilizacije stenske mase (engl. rock stabilization)

Bez obzira na metodu iskopa podzemnog objekta u materijalima koji nisu dovoljno
kompaktni i koji su podložni uticajima atmosferilija, radi obezbeđenja iskopanog profila
i sprečavanja obrušavanja stenske mase u profilu, mora se vršiti obezbeđenje, tj. izvesti
podgrađivanje profila odgovarajućom podgradom. Za stabilizovanje stenske mase mogu
se primeniti dve tehnike stabilizovanja:

 Armiranje stenske mase(engl. rock reinforcement). Armiranjem se diskontinuirana
stenska masa počinje ponašati kao kontinuum i

 Podgrađivanje (engl. rock support). Elementi podgrade se ugrađuju u iskop sa ciljem
da ograniče pomak konture iskopa na dozvoljenu vrednost.

Osnovni principi i metode armiranja stenske mase i podgrađivanja su različiti.

127/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dakle, za stabilizaciju stenske mase mogu se primeniti sledeća dva načina:
- Sidrenje stenskog masiva i
- Podgrađivanje stenskog masiva.

Sl.151:- Stabilizacija stenske mase:- podgrađivanjem izradom betonske obloge i
potpornog zida i armiranje stenske mase sidrenjem- ankerisanjem

Stabilizacija stenske mase (rock stabilization) podrazumeva kombinovanu primenu
armiranja i podgrađivanja stene radi postizanja ravnotežnog stanja.
Sl.152:- Šematsi prikaz stabilizacije stenske mase (rock stabilization) - armiranje i
podgrađivanje

Sl.153:- Šematski prikaz armiranja i podgrađivanja stenskih masa - sidrima i betonskom
podgradom za kosine i tunele

128/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.2.4.2. Karakteristična linija (kriva) stenske mase

Kako je već rečeno, stabilizacija stenske mase podrazumeva kombinovanu primenu
armiranja i podgrađivanja stene radi postizanja ravnotežnog stanja. Kod analize
interakcije stenske mase i podgrade treba početi od deformacija koje se događaju u blizini
čela nepodgrađenog iskopa, gde nastaju radijalna pomeranja, sl 154.

Treba primetiti da radijalna pomeranja:
- počinju na nekoj udaljenosti ispred čela podzemnog objekta (oko 0,5-2,5d, gde je d
prečnik objekta - iskopa) - (sl.154, tačka 1);
- dostižu oko trećinu od konačne vrednosti na čelo objekta (sl. 154, tačka 2);
- dostižu maksimum na udaljenosti od 4,5d iza čela iskopa (sl. 154, tačka 3).

Sl.154: - Obrazac radijalnih pomeranja - deformacija u stenskoj masi koja okružuje tunel koji napreduje

U zavisnosti od vrste i sastava stenske mase ove deformacije se ispoljavaju sličnim ali
različitim oblicima i veličinama.

Sl.155:- Obrazac deformacije u elasto-viskozno-elastičnoj stenskoj masi koja okružuje tunel u toku
iskopa

129/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.156:- Obrazac deformacije u elasto-viskozno-elastično-plastičnoj stenskoj masi koja
okružuje tunel u toku iskopa

Važno je primetiti da i kod nepodgrađenog tunela, čelo tunela (tunnel face) predstavlja
prividni pritisak podgrade (apparent support pressure). Ovaj prividni pritisak podgrade
osigurava stabilnost u periodu od iskopa do ugradnje podgrade.

Sl.157:- Pritisak podgrade pi (prividna a ne stvarna podgrada) na različitim pozicijema
u odnosu na čelo tunela

Prividni pritisak nosivost podgrade je (sl.157 i 159):
- jednaka primarnim naponima (pi= po) na nekoj udaljenosti (oko 0,5 - 2,5d - prečnika
iskopa) ispred čela objekta, tj. u neiskopanom delu objekta;
- jednaka četvrtini do trećine primarnih napona na samo čelo objekta;
- postepeno dolazi do vrednosti nula na nekoj udaljenosti iza čela objekta, oko 4,5d od
čela iskopa.

130/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Plastifikovanje stene u okolini iskopa ne znači da će doći do kolapsa tunela. Slomljeni
materijal (failed material) još uvek ima veliku čvrstoću. Kada je debljina plastifikovane
zone mala u odnosu na prečnik iskopa (tunela), može se pojaviti manji broj prslina i manji
obim ljuštenja (raveling or spalling).
Sl.158:- Opšti prikaz loma stenske mase oko tunelskog iskopa - pojava prslina i ljuštenja
(raveling or spalling).

Ako je plastifikovana zona velika, doći će do rastresanja stene što će prouzrokovati
pomeranja konture iskopa i eventualno izazvati kolaps tunela.

Osnovna funkcija podgrade je kontrola pomeranja konture iskopa (inward displacement
of the walls) radi sprečavanja rastresanja koje može dovesti do kolapsa tunela. Ugradnjom
podgrade (sidra, mlazni beton, čelični lukovi) ne može da se spreči lom (failure) stene u
okolini tunela koja je izložena znatnom preopterećenju, ali će imati značajnu ulogu u
kontroli deformisanja tunela.

Karakteristična linija (kriva) stenske mase, Sl.160 („ground reaction curve“ or
„characteristic line“) predstavlja odnos unutarnjeg pritiska podgrade i konvergencije
tunela (radijalno pomeranje konture iskopa). Na primer, ako je tunel kružnog poprečnog
preseka poluprečnika r0 iskopan u stenskoj masi u kojoj vlada hidrostatički primarni
napon p0, i da na konturu iskopa deluje jednoliki pritisak podgrade pi. Lom stenske mase
koja okružuje tunel desiće se kada je unutrašnji pritisak podgrade manji od kritičnog
pritiska podgrade pcr. Ako je unutrašnji pritisak podgrade veći od kritičnog pritiska
podgrade pcr, neće doći do loma stenske mase i stenska masa u okolini tunela ponašaće
se elastično. Radijalna elastična pomeranja konture tunela računaju se po donjem obrascu.

Sl.159:-Radijalna elastična pomeranja konture
tunela

Kada je unutrašnji pritisak podgrade pi manji od kritičnog pritiska podgrade pcr, desiće se
lom stenske mase i oblikovaće se plastifikovana zona poluprečnika rp u okolini tunela.
Radijalna plastična pomeranja uip definisana su karakterističnom krivom između pi= pcr i
pi = 0. Na slici 160 prikazana je tipična karakteristična kriva stenske mase.

131/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.160:-Karakteristična linija stenske mase predstavlja odnos unutrašnjeg pritiska
podgrade i konvergencije objekta (radijalno pomeranje konture iskopa)

Karakteristična linija pokazuje, sl.160:
- nema pomeranja konture iskopa kada je pritisak podgrade jednak primarnom
naponu (pi = po).
- elastično pomeranje uie za po > pi > pcr
- plastično pomeranje uip za pi < pcr
- maksimalno pomeranje kada je pritisak podgrade jednak nuli.

Od kriterijuma čvrstoće i svojstava stenske mase zavise:
- kritični pritisak podgrade pcr
- poluprečnik plastifikovane zone rp
- oblik karakteristične krive u plastičnom području (pi<pcr).

Sl.161: - Ravnoteža na čelu tunela

132/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.162:- Linija (kriva) stenske mase - reakcija
na površini čela kako bi se bolje procenio
konačni podgradni pritisak uzimajući u obzir
ponašanje konstrukcije (pA je polu jezgrena
čvrstoća).

Sl.163:- A - stanje napona nakon iskopa,
B-efekat unutrašnjeg radijalnog pritiska,
C-konačna ravnoteža nakon iskopa i
naknadno povećanje radijalnog pritiska.

Sl.164:- Ravnoteža tunela u slučaju bubrenja stene:
- A ravnoteža u kratkom roku,
- B ravnoteža u slučaju deformirajuće podgrade (npr.prednapregnuto sidro) i
- C u slučaju čvrste obloge (pritisak bubrenja σ* određen prema
Huder-Ambergovom testu bubrenja).

133/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.165:- Linija reakcije tla i konačna ravnoteža
uzimajući u obzir stvarni put napona tokom
izgradnje tunela

Sl.166:-Raspodela deformacija uz
čelo iskopa i izvedenog dela tunela

Sl.167:- Odnos raspodele opterećenja,
konvergencije tunelskog profila i vremena
(NATM)

Uobičajeni redosled izgradnje tunela

Re-kompresija tla i prateće pomeranje tačke ravnoteže sa krive reakcije tla je zajednički
učinak, jer se praktično odvija za bilo koju konstrukciju tunela. Ova izjava, u početku,
može izgledati čudno, s obzirom da dovodi u pitanje klasične teorije čiji je cilj da se
definiše ravnoteža pri izgradnji tunela, ali....

134/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.168:- Reakcija krive reakcije na elasto-plastičnom materijalu i njegov odnos prema LDP-u. Y-osa sa
leve strane odnosi se na unutrašnji pritisak (pi) normalizovan na in-situ pritisak (p0), Y-osa desno odnosi
na rastojanje od lica (x) normalizovano do radijusa tunela (R) i X-osa se odnosi na radijalno pomeranje
na lokaciji x normalizovano do maksimalnog radijskog pomeranja.

Sl.169:- Radijalna pomeranja dešavaju se i u neiskopanom delu tunela (objekta)

Karakteristične linije stene i podgrade, u literaturi, javljaju se pod različitim nazivima:
•Fenner-Pacher curve, •load-deformation curves, •ground reaction curve, •ground
response curve, •available support line, •confinement- convergence curve, •rock and
support characteristic curve.

Na osnovu navedenih pojava i deformacija stenske mase oko tunelskog iskopa, projekat i
izgradnju tunela određuje činjenica da su "stenske mase toliko promenjive i različite u
prirodi pa je mogućnost, da se pronađe zajednički skup parametara i zajednički skup
konstitutivnih jednačina istovremeno upotrebljivih za sve stene, prilično obiman i
težak",(T.L. Brekke and T.R. Howard, 1972).

Zato se mora uzeti u obzir, pre izrade tunela ili bilo kog projekta, predviđanje koje je:
a) provereno na licu mesta u slučaju da su sve konstrukcione pretpostavke potvrđene ili
b) prilagođene in situ da odgovaraju stvarnim uslovima.

Slika 170 ukazuje na usvojeni projektni pristup.

135/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.170:- Dijagram toka za geotehničko projektovanje tunela

1.2.3. Mehanizmi loma
Prvi korak u postupku projektovanja je definisanje geoloških podataka u deonicama duž
profila tunela sa tačnim karakteristikama, a zatim rezimirati geološke serije sa sličnim
mehaničkim svojstvima. Šta više, moraju se uzeti u obzir granični uslovi kao što su in situ
naponi, veličina, oblik i orijentacija otvora kako bi se ustanovio mogući mehanizam loma,
čime se utvrđuje ponašanje otvora.

Različiti mehanizmi loma zahtevaju različite mere podgrade, kao i modele analize za
definisanje (oblikovanje) mera podgrade. Kako bi se pojednostavile procedure na mestu,
utvrđene su kategorije podgrade koje se primenjuju za različite vrste iskopa, gde se
određuju tipovi stenske mase, uključujući karakteristične parametre.

136/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.171:- Mehanizam loma - različiti mehanizmi loma zahtevaju različite mere podgrade

Sl. 172:- Zona oštećenja i loma kao funkcija odnosa glavnog napona K0 (Martin i sar. (1999))

Kao što je prikazano na slici 172, veličina i geometrija izlomljene (oštečene) zone
izvedeni su kao deo rešenja. Međutim, količina stene koja je uključena u naponskim
pukotinama označena je kao zapremina V. Ova zapremina izvedena je na osnovu površine
lomne zone (A) u kombinaciji sa prostornim razmakom sidara sl, koji određuje dužinu
odseka duž tunela koji treba podgraditi u ravni redova ankera. Ovo znači da izračunata
zapremina nije apsolutna zapremina loma (oštećenja), već zapremina loma koja je
podržana jednim redom sidara. Tipovi sidara i razmak između predviđenih sidara
razmatraće se kasnije u ovom radu.

137/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Odnos napona SR (stress ratio - SR) uveden je kako bi se utvrdilo ponašanje stenske mase
oko otvora tunela (iskopa). Odnos napona određen je čvrstoćom stenske mase podeljenim
sa vertikalnim in situ naponima:

gde je:

- UCSRM… jednoosna (jednoaksijalna) pritisna čvrstoća stenske mase,
- σ1… in situ vertikalni napon.

Odnos napona je odlučujući u odnosu na oštećenja (lomljenje) oko otvora. Klasifikacija
naponskog odnosa izabrana je prema Devil’s Slide Tunnel Project, Geologic and
Geotechnical Data Report Volume 4 - Laboratory Testing, EMI: Dec. 9, 2002

• SR = > 0,45 Tip ponašanja 1:Lom blokova (nekoliko problema sa podrškom)
• SR = 0.45 - 0,28 Tip ponašanja 2:Frakture izazvane naponima i / ili diskontinuitetima
(mali problemi sa skupljanjem)
• SR < 0.28 Tip ponašanja 3:Progresivni lom izazvan naponima (težak problem
sa skupljanjem)
• Tip ponašanja 4: Lom nastao ispred čela tunela, ovo ponašanje stenske mase (BHT)
može se desiti pod svakim naponskim uslovima u veoma slabim tlima
kao i u stenskim masama ispod nivoa podzemne vode.

Četvrti tip ponašanja stenske mase pojavljuje se u visoko smičućem tlu, poput glinaca.
Ponašanje stenske mase ovde regulišu uslovi podzemne vode, a ne stanja napona. Zato se
„tip ponašanja 4“ u gornjoj klasifikaciji ne primenjuje. Slika 173 prikazuje odnos napona
i deformacija.

Sl.173:- Odnos napona i deformacija, Geologic and Geotechnical Data Report Volume 4 - Laboratory
Testing, EMI: Dec. 9, 2002.Empirijski odnos između očekivanih napona i deformacija stenske mase i
in situ napona za nepodgrađene iskopine - očekivani naponi za 4 sekcije (Hoek & Marinos, 2000a) uz
moju doradu.

Vertikalno polje in situ napona određeno je „Finite element analysis“ (FE-analiza
konačnih elemenata). Na osnovu ovih vertikalnih napona i UCSRM (jednoaksijalna
pritisna čvrstoća stenske mase) za različite tipove stenskih masa, odnos napona i tipovi

138/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
ponašanja raspodeljuju se duž nivelete tunela. Tabela 13 prikazuje obim vertikalnog
napona za različite tipove ponašanja stena, određeni za pojedinačne tipove stena i
raspodelu duž nivelete tunela.

Vertikalni naponi su određeni FE-analizom kako bi se uzelo u obzir efekat geološke
strukture.

Tabela 13 - Raspon napona za vrste ponašanja stenske mase. Vrste pojedinih stenskih masa (vrednosti
u koloni UCS(RM) su srednje vrednosti, vrednosti u stupcu rasponi su ± vrednosti)
U Rock MassTypes (TSR) je već objavljeno da zbog različitih čvrstoća različitih geoloških
celina (delova) i strukturne arhitekture, raspodelu napona ne kontroliše samo topografija
već više faktora.

Iako je ovo trodimenzionalni problem, izvršena je 2D analiza, jer različite geološke celine
prelaze duž tunela skoro vertikalno - perpendikularno. Pored toga, nisu dostupni dovoljni
ulazni podaci u vezi sa geološkim uslovima koji su normalni za usklađivanje sa uslovima
tunela. Pretpostavljeni su obični uslovi napona.

☺ Orijentacija otvora u odnosu na glavne skupove diskontinuiteta reguliše napon koji
je važan za projektovanje tunela. Takođe ima veliki uticaj na veličinu, oblik i stabilnost
stenskih klinova nastalih presekom diskontinuiteta i otvaranjem tunela. Zbog toga se
orijentacija otvora uzima u obzir kod analize stabilnosti blokova, kao i FE-analize.

☺ Raspodela napona oko otvora tunela u velikoj meri reguliše se veličinom i poprečnim
presekom otvora. Oni takođe utiču na veličinu i oblik potencijalno nestabilnih blokova
tokom iskopavanja tunela. Zbog toga se veličina i poprečni presek otvora uzimaju u obzir
pri analizi stabilnosti bloka, kao i u FE-analizi.

☺ Podzemne vode mogu imati veliki uticaj na izgradnju tunela, posebno u slabim i
visoko izlomljenim (ispucalim) stenskim masama koje su sklone erozionim procesima.
Kako je nivo podzemne vode, tokom izrade iznad otvora tunela, planira se odvodnjavanje
tunela ispred čela u kritičnim delovima pomoću drenažnih bušotina. Hidrogeološko
modeliranje sprovešće se kako bi se preciznije definisali kritični delovi tunela, procenila
količina vode koja se očekuje tokom izgradnje i proceniti uticaj tunela na lokalni režim
podzemnih voda.

Mehanička svojstva različitih vrsta stenske mase izvedena su pomoću nekoliko različitih
metoda kako bi se definisali odgovarajući rasponi parametara:
- maseni zakon Hoeka i Brauna za deformacije i parametre čvrstoće stenske mase,
- Serafim & Pereira (1983) i Boyd (1993), za određivanje Jungovog modula (Young's
Modulus)i
- K.W. John za parametre čvrstoće.

139/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.3.1. Hek - Braunov (Hoek-Brownov) kriterijum čvrstoće

Oslanjajući se na rezultate ispitivanja i teorijsko iskustvo sa mehanikom frakturisanja
stene, Hek i Braun su eksperimentisali sa brojnim paraboličnim krivama kako bi pronašli
jednu koja dobro koincidira sa originalnom Grifith-ovom teorijom. Autori su istraživali
kriterijum postupkom pokušaja i greške te su konačno 1980. godine predložili sledeći
kriterijum čvrstoće za intaktnu stenu:

σ1’ - veći glavni efektivni naponi u trenutku loma,
σ3’ - manji glavni efektivni naponi u trenutku loma,
σci - jednoosna pritisnana čvrstoća intaktne stene i
mi - konstanta intaktne stene.
Da bi se definisao kriterijum čvrstoće poterbno je obaviti više ispitivanja pri troosnom
pritisku sa različitim bočnim naponima (norme predviđaju najmanje 5 uzoraka iste stene).
Ako su ispitane i jednoosna pritisna i zatezna čvrstoća, i one se mogu uključiti u
definisanje kriterijuma čvrstoće (ispitivanje jednoosnog pritiska je poseban slučaj
troosnog ispitivanja kod koga je bočni napon jednak nuli).

Na osnovu ovih rezultata mogu se definisati parametri potrebni za opis kriterijuma
čvrstoće. Za neke stene izračunat je parametar mi = 6,65 i jednoosna pritisna čvrstoća
intaktne stene σci = 168,38 MPa, pa za nju važi ovaj kriterijum čvrstoće:

U dijagramu σ1 - σ3 prikazana je tzv. Mogijeva linija koja razdvaja područje duktilnog i
krtog ponašanja stene. Mogijeva linija definisana je odnosom:
σ1 = 3,4 σ3
Treba napomenuti da Hoek-Brownov kriterijum važi samo za uslove u kojima se stena
ponaša krto.
Tabela 14 - Određivanje parametara stenske mase prema Hoek-Brownu

140/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Treba napomenuti da, pored primenjenih metoda za izbor konačnih parametara stenske
mase gore navedenih, još uvek je potrebna inženjerska procena zasnovana na iskustvu.
Rezultati ovog postupka prikazani su u tabeli 14.

Dakle, različiti mehanizmi loma zahtevaju različite mere podgrade, kao i modele
analiza za definisanje (oblikovanje) mera podgrade, radi pojednostavljenja procedura na
mestu izvođenja objekta, utvrđene su kategorije podgrade koje se primenjuju za taj
objekat.

Odgovarajući tipovi ponašanja stenske mase identifikovani duž tunela označeni su i
prikazani na sledećim slikama.
Sl.174:- Opis ponašanja tip 1: Lom stenskih blokova...

141/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.175:- Opis ponašanja tip 2: Prelomi (fracture) izazvane naponima i/ili diskontinuiteima

Sl.176:- Opis ponašanja tip 3: Progresivni lom izazvan naponima

142/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.177:- Opis ponašanja tip 4: Lom izazvan ispred čela tunela

1.2.4. Podgrađivanje (Podupiranje) stenske mase (Rock support)

 Podgrađivanje stenskog masiva

Izraz “podgrada” (rock support) odnosi se na elemente koji se ugrađuju u iskopanom
delu radi sprečavanja pomeranja granice iskopa.

Iskop stenske mase za posledicu ima promenu primarnog stanja napona u zoni uticaja
iskopa. Izmenjeni naponi u zoni uticaja iskopa obično se nazivaju sekundarni naponi.
Veličina i orijentacija sekundarnih napona ne zavisi od elastičnih konstanti stene niti od
veličine otvora. Ali, veličina radijalnog pomeranja zavisi od poluprečnika otvora i od
elastičnih konstanti. Pomeranja su proporcionalna poluprečniku iskopa a obrnuto
proporcionalna modulu elastičnosti.

Stabilizacija - podgrađivanje stenskog masiva zasniva se na ograničavanju pomeranja
iskopa u skladu sa rešenjima i zahtevima projekta stabilizacije - principima projektovanja
podgrade za stensku masu - 7 principa.

143/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.178:- Sedam principa projektovanja podgrade za raspucalu stensku masu

Podgradne mere za postizanje ravnoteže pri iskopu (primarna podgrada) obuhvataju
tunelsku oblogu i različite oblike ojačanja stenske mase ili tla. Tuneli po pravilu imaju
male dimenzije poprečnog preseka u odnosu na svoju dužinu, pri čemu niveleta tunela,
osim u primeru hidrotehničkih tunela, ne odstupa bitnije od horizontale.

Elementi primarne podgrade su:
- obloga od prskanog (mlaznog) betona i
- stenska sidra koja se ugrađuju radijalno, tipične za NATM⃰.

⃰ NATM (Nova austrijska tunelska metoda).

U slabijim geološkim uslovima, obloga od mlaznog betona armirana je sa čeličnim
armaturnim mrežama a koriste se i čelični lukovi za privremenu stabilizaciju iskopa.
Alternativno, za određene geološke uslove može se uspešno koristiti primarna obloga od
mikroarmiranog betona. Za stabilizaciju čela iskopa koriste se i podgradni elementi u
uzdužnom smeru, kao što su: koplja, sidra za stabilizaciju ugrađena u čelo iskopa (fiber-
glass) i/ili cevni kišobran (pipe-roof), kosi ankeri i tsl.

Armiranje stenske mase (rock reinforcement) primenjeno na kontinuiranu stenu razlikuje
se od armiranja diskontinuirane stenske mase zbog različitog delovanja elemenata
armiranja (sidra, kablovi) u različitim sredinama, detaljnije u 1.2.7. Sidra (ankeri) - način
prenosa sile u tlo.
Na slici 179 prikazani su tipični elementi podgrade za NATM i njihov raspored u ravni
tunela.

Sl.179:- Tipični elementi podgrade za NATM i njihov raspored u ravni tunela.

144/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.180:- Elementi primarne podgrade tunela

1.2.4.1. Teorijske osnove za NATM - metoda konvergencije-relaksacije

Ciljevi rešavanja naponsko-deformacionog problema konstrukcije podzemnog objekta -
tunela su:
- dokaz njegove stabilnosti i
- određivanje naponsko-deformacionog odziva stenske mase.

To se dobija na osnovu proračunavanja:
- stanja napona,
- deformacija i
- pomeranja u stenskoj masi i primarnoj podgradi podzemnog objekta - tunela koji
odgovara konačnom ravnotežnom stanju koje zadovoljava uslove trajnosti.

Načelno, iskop podzemnog objekta - tunela prolazi različite uslove građenja, zato sistem
primarne podgrade mora biti prilagođen tome. Zadatak statičkih proračuna je da dokažu
stabilnost iskopa podzemnog objekta - tunela u različitim geološkim uslovima i sa
različitim visinama nadsloja. Pri proračunu, treba imati u vidu to da iskop podzemnog
objekta - tunela izaziva relaksaciju početnih napona u stenskoj masi koja se zatim
preraspodeli u interakciji između same stenske mase i podgrade.

Ključni elementi podgrade podzemnog objekta - podrazumjevaju kombinovanu
primenu armiranja i podgrađivanja stene radi postizanja ravnotežnog stanja. Jedan od
osnovnih elemenata podgrade podzemnog objekta - tunela su pasivna stenska sidra (rock-
bolts), koja se ugrađuju radijalno i koja obavljaju funkciju prenosa uticaja rasterećenja i
omogućavaju mobilizaciju stenske mase u blizini otvora i po dubini.

U periodu građenja, naponsko-deformaciona analiza iskopa tunela trodimenzionalni (3D)
je granični problem. Tada se javlja uticaj čela iskopa, na osnovu koga stenska masa u
uzdužnom smeru ispred tunela preuzima i deo radijalnih opterećenja. Kada se čelo iskopa
udalji dovoljno daleko od posmatranog poprečnog preseka, granični problem prelazi iz
trodimenzionalnih (3D) uslova u dvodimenzionalne (2D) uslove ravnog stanja
deformacije. Zbog toga se proračuni stabilnosti tunela u rutinskom projektovanju
uglavnom rade primenom 2D modela za konačno stanje, pri čemu se posredno uvode 3D
efekti - kao simulacija procesa građenja.

145/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Uglavnom, u okolini tunela razlikuju se tri naponska stanja odnosno tri zone (sl.182):

• Stanje pre iskopa
Zona 1 - Netaknuta stenska masa. Uticaj prirodno napregnute stenske mase u
unutrašnjosti budućeg tunela statički je ekvivalentan srednjem početnom naponu (p = po).

• 3D stanje u kome se oseća uticaj blizine čela iskopa
Zona 2 - Čelo iskopa. Stanje posle iskopa i pre ugradnje podgrade, kontaktni napon na
konturi jednak je nuli (p = 0), deo opterećenja preuzima stenska masa ispred čela
iskopa, granični problem je trodimenzionalan - 3D.

• 2D stanje u kome se ne oseća uticaj blizine čela iskopa
Zona 3 - Stabilizovan iskop. Stanje posle ugradnje podgrade je takvo da je uticaj
podgrade statički ekvivalentan kontaktnom naponu na konturi - p; granični problem je
dvodimenzionalan - 2D.

Sl.181:-Uzdužni profil pomeranja: primer koji se odnosi na pomeranje zidova tunela na rastojanju od
čela iskopa - raspodela napona u području iskopa (Vlachopoulos i Diederichs, 2009)

Sl. 182:- Karakteristične zone stanja napona u toku etapnog iskopa tunela
Na slici 183 prikazan je prelaz iz efekta - 2D modela na čelu iskopa tunela u 3D model.

146/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.183:- Prelaz iz efekta 2D (A-A) modela na čelu iskopa tunela u 3D (B-B) model.

U savremenoj inženjerskoj praksi, granični problem interakcije stenske mase i podgrade
tunela rešava se numeričkim putem i to najčešće primenom metode konačnih elemenata.
Za dobijanje opšte slike o stabilnosti tunela i određivanja primerenih ulaznih podataka za
numeričke analize potrebno je prethodno proveriti jednostavnije analitičke postupke koji
imaju potvrđene teorijske osnove. Jedna od najkorisnijih metoda za tu svrhu jeste
takozvana metoda konvergencije-relaksacije (Convergence-Confinement Method), koja
će biti objašnjena u kratkim crtama.

Metoda konvergencije-relaksacije ima dvojnu svrhu kada se koristi u sprezi sa
numeričkim analizama i to:
1. za ocenu globalne stabilnosti tunela na pojedinačnim odsecima i
2. za određivanje ulaznih parametara za numeričke analize, odnosno za posredno
uvođenje 3D uticaja u 2D analizu.

Za rešavanje problema stabilnosti po metodi konvergencija-relaksacija potrebno je
istovremeno analizirati:
1. napone na konturi tunela koji su rezultat relaksacije napona izazvanog iskopom
tunela (relaksacija) i
2. radijalne deformacije i pomeranja konture tunelskog iskopa (konvergencija).

Osnovne proračunske pretpostavke metode konvergencija-relaksacija su sledeće:
a) stenska masa se tretira kao izotropni kontinuum;
b) granični problem je 2D;
c) nadsloj je visok, odnosno tunel je dubok (H/D>4), gde je H visina nadsloja, a D je
prečnik tunela;
d) tunel je kružnog oblika (R - radijus tunela);
e) važi ravno stanje deformacija nakon uspostavljanja 2D graničnih uslova;
f) početno naponsko stanje je za k0 = σh / σv =1; (σh - horizontalni napon je jednak σv -
vertikalnom naponu).
Navedene pretpostavke predstavljaju idealizovane uslove koji se ne mogu naćiu realnim
iskopima - tunelima, smatra se da su za potrebe određivanja globalne stabilnosti kod

147/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
projektovanja autoputnih tunela načelno prihvatljive (autoputni tuneli sa podnožnim
svodom su jajasto-kružnog oblika sa približnim poluprečnikom R=5,5m; naponsko stanje
u stenskoj masi, usled delovanja tektonskih sila, verovatno je blizu k0=1; stenska masa se
može posmatrati kao kontinuum ukoliko uticaj diskontinuiteta nije dominantan, i dr.).

U smislu razvoja deformacija, ponašanje stenske mase u blizini iskopa tunela, opisano
karakterističnom linijom relaksacije, prikazano je na slici 184.a. Usled relaksacije, naponi
u stenskoj masi opadaju i javljaju se pomeranja na konturi. Naponi opadaju od vrednosti
početnih napona σo do vrednosti 0, pri čemu se stenska masa odziva elastično do vrednosti
pi ≥ pcr odnosno plastično u slučaju da je relaksacija veća i da je pi< pcr, pri čemu je p
srednja vrednost glavnih napona u stenskoj masi, pi - stepen relaksacije napona i pcr -
granična vrednost.

Sl.184:- Karakteristična linija odziva: a) stenske mase i b) podgrade na iskop tunela

Ponašanje podgrade definisano je karakterističnom linijom (krivom) otpora podgrade (sl.
184.b), pri čemu je uvedena pretpostavka njenog elastično-idealno plastičnog ponašanja.
To znači da je u interakciji sa stenskom masom odziv podgrade, koja je instalisana pri
pomeranju uin, na početku linearno elastičan (koeficijent podgrade ks), a zatim pri
dostizanju nosivosti odnosno maksimalne vrednosti pmax idealno plastičan.

Ravnoteža interakcije između primarne podgrade i stenske mase uspostavlja se kada
karakteristična kriva podgrade preseče karakterističnu krivu stenske mase (sl.185) u tački
sa koordinatama peq, ueq, pri čemu je peq ekvivalentni napon i ueq - odgovarajuće
ekvivalentno pomeranje pri kome je uspostavljena ravnoteža.

Sl.185:- Tačka preseka linije stenske mase i linije otpora podgrade

148/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.186:- Izbor željene podgrade metodom konvergencije-ograničenja (relaksacije)

Sl.187:- Linija deformacije stenske mase priiskopu podzemnog objekta:1.klasični iskop
i 2. iskop NATM metodom

(

Sl.188:- Koncept stenska masa-tunel - interakcija podgrade, tačka preseka linije stenske
mase i linije otpora podgrade za klasičan (potkovičasti) tunelski iskop

149/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.189:-Koncept stenska masa-tunel - interakcija podgrade, tačka preseka linije stenske
mase i linije otpora podgrade za kružni tunelski iskop

U smislu iskorišćenja nosivosti stenske mase, od ključnog značaja je dostizanje tačke
ravnotežnog stanja, što je posledica interakcije stenske mase i primarne podgrade. U
slučaju da se podgrada ugradi prekasno, može doći do tako velikih deformacija da se
progresivni lom stenske mase ne može više sprečiti. Takođe, ako nosivost podgrade nije
zadovoljavajuća, podgrada može dostići granicu izdržljivosti pre dostizanja ravnoteže. U
oba slučaja, podgradna konstrukcija neće imati efekta, jer nije uspostavljeno ravnotežno
stanje, pa dolazi do rušenja u tunelu.

Trenutak postavljanja podgrade određuje se na osnovu uslova stabilnosti nepodgrađene
stenske mase i tehnološkog ograničenja deformacije konture, sa ciljem da ne dođe do
nastanka potprofila. Praktično gledano, stanje konačne ravnoteže mora imati određeni
faktor sigurnosti - kako u odnosu na nosivost podgrade, tako i u odnosu na nosivost
stenske mase.

 DINAMIKA GRAĐENJA: Prelazak iz 3D graničnih uslova na 2D granične uslove

Cilj postupka metode konvergencija-relaksacija jeste određivanje uslova za
pravovremenu ugradnju primarne podgrade koja ima zahtevanu nosivost, tako da se
dostigne ravnoteža i sa time zahtevana stabilnost tunela. Pritom, treba uzeti u obzir da
inicijalni pomak stenske mase (uin), u trenutku postavljanja podgrade, zavisi od stepena
relaksacije stene (λ), koji je u funkciji transfera sa 3D graničnih uslova na 2D granične
uslove ravne deformacije. To je direktno povezano sa udaljenošću nepodgrađenog dela
tunela od čela iskopa tunela. Pri gradnji tunela taj razmak manifestuje se kao korak u
tehnološkoj sekvenci iskopa i primarnog podgrađivanja tunela.

Panet i Guénot (1982) modelirali su transfer sa 3D graničnih uslova na 2D granične
uslove ravne deformacije uvodeći fiktivni pritisak σ
f
r koji deluje unutar tunela. Vrednost
fiktivnog pritiska određena je iz inicijalnog napona σr
0
koristeći izraz:
(1)

(2)

150/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U gornjem izrazu, λ predstavlja koeficijent redukcije napona kojim uvodimo 3D efekte
čela iskopa u 2D model proračuna tunela. Na određenoj udaljenosti ispred čela iskopa je
λ=0 (uslovi su potpuno 3D, σ
f
r = σr
0
, odnosno p = p0), dok se ta vrednost povećava sve
do λ=1 (uslovi su potpuno 2D, σr
f
= 0 odnosno p = 0) na rastojanju od približno dva do
tri prečnika tunela iza čela iskopa (slika 190).

Sl.190:- Model prelaza sa 3D graničnih uslova na 2D granične uslove ravne deformacije
(Kavvadas 2004)

Uvođenje prelaza sa 3D graničnih uslova na 2D granične uslove stanja ravne deformacije
u samom postupku numeričke analize sprovodi se u tri faze, tako da se vrši:

1. - evaluacija početnog stanja napona;
2. - delimično uvođenje opterećenja izazvanog iskopom proporcionalno koeficijentu λ,
da bi simulirali deformacije nastale pre podgrađivanja - (modeliranje 3D uslova);
3. - aktivacija podgrade i uvođenje preostalog opterećenja proporcionalno vrednosti
(1- λ) - (prelazak na 2D uslove).

Ključnu ulogu pri modeliranju 3D efekta ima koeficijent λ i njegove promenljive od kojih
zavisi, kao i načini i postupci za ocenu njegove vrednosti.

Panet je uzdužni raspored deformacija nepodgrađenog tunela opisao empirijskom
kvadratnom funkcijom, koristeći se rezultatima analitičkog rešenja za problem osno-
simetričnog modela tunela u elastičnoj steni (sl.191), a analitički prikazano jednačinom:

(3)

gde je: ur konvergentno pomeranje na rastojanju x od čela iskopa, ur
max
maksimalno
konvergentno pomeranje za 2D granične uslove ravne deformacije; R je radijus tunela.

(4)

151/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.191:- Uzdužni raspored radijalnog pomeranja nepodgrađenog tunela
(modifikovano posle Hoek, 1999)

Na slici 191 takođe je prikazana empirijska kriva kojom je Hek (Hoek,1999) opisao
uzdužni raspored deformacija nepodgrađenog tunela, koristeći terenske podatke i
rezultate svojih numeričkih analiza. Hoek-ova empirijska kriva prikazana u jednačini 4
razlikuje se od Panet-ove, 3, jer je predviđena za upotrebu pri manjoj nosivosti stenske
mase, odnosno u slučajevima kada je odziv stenske mase elastoplastičan.

Na slici je jasno uočljivo da je odnos između ur i &#3627408534;
&#3627408531;
&#3627408526;??????&#3627408537;
, odnosno dužina zone uticaja 3D
efekta i brzina njegovog opadanja sa udaljavanjem od čela, zavisna od nosivosti stenske
mase i nivoa opterećenja koje ona trpi zbog relaksacije napona izazvanog iskopom
tunela. Nivo relaksacije napona direktno je proporcionalan visini nadsloja nad tunelom
(relaksacija napona je veća za dublje a manja za pliće tunele).

1.2.4.2. Proračun koeficijenta (faktora) stabilnosti (FS)

Pri oceni uslova stabilnosti u tunelu, treba uzeti u obzir da su mogući različiti tipovi
rušenja, u zavisnosti od dva vodeća kriterijuma:

a) relativne veličine tunela u odnosu na veličinu blokova koji grade stensku masu;
b) nosivosti stenske mase u odnosu na stepen rasterećenja, koji je izazvan iskopom tunela.

Pri tome moguća su dva karakteristična mehanizma:

a) diskretni mehanizam nestabilnosti (nestabilnost blokova);
b) mehanizam nestabilnosti praćen razvojem deformacija koje su prethodno prikazane
pomoću koncepta konvergencije-relaksacije.

Odnos između nosivosti stenske mase i stepena relaksacije je ključni faktor stabilnosti
iskopa tunela za stenske mase umerene do male nosivosti. Taj odnos opisuje se pomoću
parametra koji se imenuje kao faktor stabilnosti tunela Fs.

Faktor stabilnosti tunela Fs povezan je sa dubinom na kojoj je pozicioniran tunel i na
kvalitet odnosno nosivost stenske mase koja je obično prikazana pomoću njene jednoosne
čvrstoće na pritisak. Odnos ove dve veličine - definisan vrednošću Fs - jeste pokazatelj
stabilnosti naponsko-deformacionog stanja u stenskoj masi u toku iskopa tunela. Faktor
stabilnosti nepodgrađenog tunela definiše se relacijom:

152/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Fs=
&#3627409360;∙&#3627408529;&#3627409358;
??????&#3627408516;&#3627408526;

gde je:
- po = 1/3(σv +2k0σh) - srednja vrednost napona na dubini tunela;
- σcm - jednoosna čvrstoća stenske mase na pritisak.

Za određivanje vrednosti jednoosne čvrstoće stenske mase na pritisak σcm koristi se više
različitih metoda. Na slici 192 prikazan je postupak (Hoek i dr., 2002) određivanja σcm
pomoću „Geološkog indeksa čvrstoće“ - Geological Strength Index (GSI), (Marinos in
Hoek, 2001; Marinos i dr, 2011), pri čemu je σci jednoosna čvrstoća na pritisak intaktnog
uzorka stenske mase, koji se obično dobija iz laboratorijskih rezultata. GSI klasifikacija
ima u vidu sve bitne elemente stanja diskontinuiteta u stenskoj masi (npr. veličinu,
raspored, uslojenost, frekvenciju, orijentaciju, ispunu).

Sl.192:-Postupak određivanja vrednosti
jednoosne čvrstoće stenske mase na pritisak
σcm na osnovu klasifikacionog indeksa
stenske mase GSI i vrednosti za jednoosnu
čvrstoću intaktne stene σci, (posle Hoek i dr.,
2002).

Ukoliko je odziv stenske mase elastičan, vrednost faktora stabilnosti je Fs ≤ 1. Za
vrednosti faktora Fs>1,0 odziv stenske mase je elastoplastičan, odnosno deo stenske mase
u najbližoj okolini nepodgrađenog tunela jeste plastificiran. Na slici 193 šematski je
prikazana promena veličine i oblika plastifikovane zone stene oko tunela (Kavvadas,
2004), zavisno od veličine Fs.

U primeru podgrađenog tunela, jedan deo opterećenja preuzima podgrada tunela, tako da
dubina plastifikacije stenske mase zavisi i od nosivosti podgrade. U određenom smislu,
3D efekat stabilnosti čela u funkciji je smanjivanja dubine plastifikacije, odnosno ona se
ne može u potpunosti realizovati dok se iskop čela ne udalji dovoljno od posmatranog
poprečnog preseka. Na taj način, stepen relaksacije, brzina napredovanja i deo
opterećenja koji preuzima podgrada tunela direktno su povezani.

Uticaj podgrade tunela možemo prikazati kao interni pritisak p koji deluje u otvoru tunela,
pri čemu je p0 početni pritisak. Za k0= σh / σv =1 stanje je stepen relaksacije:
p = (1- λ) po
Može se pokazati da za linearno-elastične uslove iskopa kružnog tunela u homogenoj i
izotropnoj stenskoj masi važi:
σθ - σr = 2p0 λ
Pri čemu je σr radijalni i σΘ tangencijalni napon.

153/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.193:- Veličina i oblik plastifikovane zone oko nepodgrađenog tunela u zavisnosti od
vrednosti Fs (Kavvadas, 2004), R - radijus tunela, rp - radijus plastične zone oko tunela,
k - koeficijent k=tg2(45+φ/2), φ - ugao smičuće odpornosti stenske mase.

Ukoliko je njihova razlika (devijator napona) veća od jednoaksijalne čvrstoće σcm dolazi
do plastifikacije stenske mase. Iz prethodne jednačine vidi se da je to direktno zavisno od
faktora relaksacije λ. To znači, postoji granična vrednost koeficijenta relaksacije λ = λcr,
(Kavvadas, 2004), pri kojoj se stenska masa plastificira:
&#3627409216;
&#3627408516;&#3627408531;=&#3627409359;−(
&#3627409360;
&#3627409359;+&#3627408524;
)(
&#3627408493;&#3627408532;−&#3627409359;
&#3627408493;&#3627408532;
)
gde je:
- k = tg
2
(45+φ/2),
- φ je ugao smičuće otpornosti stenske mase.

Iz toga sledi da je stenska masa oko tunela u elastičnom stanju ako je:

Fs ≤ 1 ili (Fs> 1 i λ ≤ λcr)
ili u plastičnom stanju ako je:
(Fs > 1 i λ > λcr)
Ako želimo da pri Fs > 1 stanje u okolini tunela ostane elastično, moramo postići to da
relaksacija napona usled iskopa tunela ne prelazi vrednost λcr. To znači da moramo
ugraditi oblogu dovoljne nosivosti na određenoj distanci od čela iskopa, koja obezbeđuje
da 3D efekat još uvek zadržava potrebni nivo relaksacije napona.

Prilikom tumačenja vrednosti koeficijenta Fs, potrebno je imati u vidu to da je on izveden
na osnovu teorije kontinuuma i da njegova vrednost od Fs ≤ 1 ne garantuje stabilnost
tunela u slučaju nepovoljno orijentisanih pukotina u stenskoj masi. U tom slučaju,
potrebno je izvesti proračune stabilnosti protiv ispadanja blokova, koji mogu da
prouzrokuju rušenja u tunelu.

154/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za vrednosti Fs ≥ 1,0 glavni mehanizam odziva stenske mase zasnovan je na njenoj
smičućoj otpornosti i elastoplastičnom ponašanju. U tim slučajevima, redovno se
proverava stabilnost upotrebom numeričkih analiza i to najčešće metodom konačnih
elementa. Za te analize potrebno je korektno proceniti raspodelu koeficijenta relaksacije
λcr uzduž tunela. To se zatim koristi da se opredeli skup numeričkih analiza sa upotrebom
metode konačnih elemenata, da bi se izvršilo dimenzionisanje podgradnih mera na
različitim odsecima u tunelu.

1.2.4.3. Geološki indeks čvrstoće - Geological Strength Index(GSI),

Za određivanje vrednosti jednoosne čvrstoće stenske mase na pritisak σcm koristi se više
različitih metoda, na primer: postupak (Hoek i dr., 2002) određivanja σcm pomoću
„Geološkog indeksa čvrstoće“ - Geological Strength Index (GSI), (Marinos in Hoek,
2001; Marinos i dr, 2011), pri čemu je σci jednoosna čvrstoća na pritisak intaktnog uzorka
stenske mase, koji se obično dobija iz laboratorijskih rezultata. GSI klasifikacija ima u
vidu sve bitne elemente stanja diskontinuiteta u stenskoj masi (npr. veličinu, raspored,
uslojenost, frekvenciju, orijentaciju, ispunu).

Da bi se mogao koristiti Hek-Braunov kriterijum za određivanje čvrstoće i
deformabilnosti stenske mase, potrebno je odrediti sledeća svojstva i konstante m i s:
1. jednoosnu pritisnu čvrstoću stene σci,
2. vrednost Hek-Braunove konstante mi za intaktnu stenu,
3. vrednost geološkog indeksa čvrstoće (GSI-Geological Strength Index) i
4. vrednosti konstanti m i s.
m i s: konstante koje zavise od ispucalosti stenske mase. Konstante (m) i (s) su
bezdimenzionalne i u gruboj aproksimaciji analogne su uglu unutrašnjeg trenja i koheziji
kod Mohr-Coulombovog kriterijuma čvrstoće. U kasnijim verzijama kriterijuma,
konstanta m je označena kao mb.

Konstanta (m), ima vrednost od 0,001 za teško ispucalu stensku masu do oko 25 za čvrstu
intaktnu stenu. Konstanta m koja se odnosi na ispucalu stenu (podrazumeva se - stenska
masa) (mb), zavisi od konstante (m) za intaktnu stenu (mi) i stepena ispucalosti stenske
mase koja je opisana geološkim indeksom čvrstoće -Geological Strength Index (GSI). mb
= f(mi, GSI). Konstanta (mi) zavisi od frikcionih karakteristika minerala koji izgrađuju
stenu u intaktnom uzorku što ima značajan uticaj na čvratoću stene.

Vrednost konstante (s) kreće se od 0 za ispucalu stenu do 1 za intaktnu stenu. Konstanta
(s) zavisi od ispucalosti stenske mase što se iskazuje preko GSI-a i stepena poremećenja
stenske mase usled miniranja i naponskog relaksiranja (D). s = f(GSI,D).

Hek i drugi autori su 1995. godine uveli klasifikaciju nazvanu Geološki indeks čvrstoće -
GSI. U praksi postoje različite modifikacije ovog sistema. Za heterogene masive, npr.
flišne stenske komplekse, ovu klasifikaciju su dodatno razradili Marinos i Hoek (2000),
u cilju tačnijeg prognoziranja parametara takvih stenskih masa.

Kategorije se prikazuju u formi grafičkog prikaza propraćeno kratkim tekstualnim opisom
stanja pukotinskih površina i strukture stene.....

155/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.194:- Određivanje geološkog indeksa čvrstoće (GSI) na bazi geološkog opisa

156/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.195:- Uslovi stenske mase pri kojima se može koristiti Hek-Braunov kriterijum čvrstoće
stenske mase (modifikovano Hoek, 1993).

Sl.196:- Određivanje geološkog indeksa čvrstoće (GSI) za lokaciju „Momin kamen“,
Srbija, kvazihomogena zona - 1.

157/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.197:- Geološki indeks čvrstoće (GSI),„Momin kamen“, kvazihomogena zona -2

Sl.198:- Geološki indeks čvrstoće (GSI),„Momin kamen“, kvazihomogena zona -3

158/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.199:- Grafikon geološkog indeksa čvrstoće (GSI) (levo), kao i rezultati UCS testa
(donja desno) za filite duž tunela Yacambú-Quibor (Hoek & Guevara, 2009).
Prikazana je i slika D2 filitske stene (gornje desno).

Sl.200:- Prelaz sa standardnih GSI i Hoek-Brownih m, s i a parametra primenjivosti na predložene
prelaze između (gore desno) visoki GSI, stenska masa sklona ljuštenju (cepanju) sa visokim mi (mi>>
15 i GSI >> 65), podložna krtom ljuštenju i čvrstoći na prskanje (pucanje)(dole levo) stenska masa
veoma niske čvrstoće (UCSi = σci<10-15 MPa), podložana smicanju i skupljanju (ljubaznošću E. Hoek).

filit

159/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 15 - Modifikovani odnosi Hoek-Brownovih parametara za različite uslove stena

Sl.201:-UCSi - jednoaksijalna čvrstoća na pritisak; T - zatezna čvrstoća; UCS * - čvrstoća
inicijalnog praga pukotina; GSI - geološki indeks čvrstoće; i f
SP
i f
T
(σ
ci
) su ljuštenje i slaba stena
funkcionalni prelazni odnos; m
i
, m
b
, s, a i D - Hoek-Brown generalizovana intaktna stenska masa
trenja i kohezije, eksponent i parametri oštećenja

160/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 16 - Procena Hek-Braunovih koeficijenata

Tabela 17 - Maksimalne i minimalne vrednosti Hek-Braunovih parametara (Hoek Brown, 1997)

Sl.202:- Primeri nestabilnosti tunela i krti lom (označeni žuti kvadrati) kao funkcija Rock Mass Rating
i odnosa maksimalno udaljenog polja naponado neograničene čvrstoće na pritisak σc(modifik. iz
Martin i sar., 1999). Prikazani su i odgovarajući dometi u rudarstvu ili iskopavanjem izazvani
kocentrisani naponi σmax / σc.

161/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.203:- Grafički prikaz degradacije zapremine bloka i stanja ispucale površine određene stenske mase
od vrha do rezidualnog stanja u studiji Cai i sar. (2007)

Sl.204:-Pristup za procenu parametara stenske mase na osnovu ispitanih spojenih uzoraka koji
predstavljaju strukturu stenske mase i poređenje sa tradicionalnim pristupom baziranim na GSI.

162/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.205:- Lom stenske mase definisan
Kako je već rečeno, kategorije GSI prikazuju se u formi grafičkog prikaza potkrepljenog
kratkim tekstualnim opisom stanja pukotinskih površina i strukture stene, vidi prethodne
slike.

Sl.206:- Lom stenske mase definisan je nepovoljnom orijentacijom diskontinuiteta i ne može se koristiti
Hoek-Brownov kriterijum čvrstoće stenske mase.
Kada su određeni parametri inatktne stene (σci) i (mi) i geološki indeks čvrstoće GSI,
mogu se izračunati parametri koji opisuju čvrstoću stenske mase.

Za GSI > 25 (stenska masa dobrog kvaliteta) primenjiv je originalni Hek-Braunov
kriterijum sa a = 0,5

Za GSI < 25 (stenska masa vrlo lošeg kvaliteta) primenjiv je modifikovani Hek-Braunov
kriterijum sa s = 0

Dakle, za granicu između originalnog i modifikovanog kriterijuma odabrana je vrednost
GSI = 25.

Za stensku masu boljeg kvaliteta (GSI > 25) vrednost GSI može se odrediti direktno iz
RMR klasifikacije Bieniawskog iz 1976 ako se uticaju podzemne vode da 10 bodova
(suvo) a za orijentaciju diskontinuiteta nula (0) bodova (vrlo povoljno). Za vrlo slab
kvalitet stenske mase, teško je odrediti RMR vrednost i balansiranje između bodova ne

163/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
daje više realnu osnovu za određivanje čvrstoće stenske mase. Dakle, RMR klasifikaciju
Bieniawskog ne treba koristiti za određivanje GSI vrednosti vrlo slabe stenske mase.

Razlikuju se pojmovi jednoosne čvrstoće na pritisak stenske mase i globalne čvrstoće
stenske mase.

Jednoosna čvrstoća na pritisak stenske mase:

Čvrstoća na zatezanje stenske mase:

Ako se koristi RMR klasifikacija Bieniawskog iz 1989 godine (Bieniawski 1989) tada je

GSI = RMR89’ -5

gde RMR89’ ima 15 bodova za podzemnu vodu i nula (0) bodova za orijentaciju
diskontinuiteta.

Praktičan problem pri procenjivanju GSI vrednosti odnosi se na oštećenje stenske mase
usled miniranja. Kada god je moguće, pri određivanju GSI, treba posmatrati kosinu u
kojem je stenska masa što manje oštećena miniranjem pošto je opšti cilj odrediti svojstva
neporemećene stenske mase. Uvođenjem faktora D koji zavisi od stepena poremećenosti
stenske mase usled miniranja i naponskog relaksiranja. Faktor D varira od 0 za
neporemećenu stensku masu do 1 za vrlo poremećenu stensku masu, tabela 18.

Autori daju preporuke za određivanje faktora poremećenja (D), (Hoek, Carranza-Torres,
Corkum, 2002).

164/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 18 - Vodič za određivanje faktora poremećenja (D) (Hoek, Carranza-Torres, Corkum, 2002)
Izgled stenske mase
Appearance of rock mass
Opis stenske mase
Description of rock mass
Predložene vrednosti
faktora D
Suggested value of D

Izuzetno kvalitetno i kontrolisano miniranje ili
mašinski iskop rezultira minimalnim
poremećenjem stenske mase oko tunela.

Excellent quality controlled blasting or
excavation by Tunnel Boring Machine results
in minimal disturbance to the confined rock
mass surrounding a tunnel.
D = 0

Mašinski ili ručni iskop u slaboj stenskoj masi (bez
miniranja) rezultuje minimalnim poremećenjem okolne
stenske mase.
Ukoliko pojava gnječenja rezultuje značajnim
izdizanjem poda i ukoliko ne postoji podnožni svod, kao
na slici, poremećenje može biti veliko.
Mechanical or hand excavation in poor quality rock
masses (no blasting) results in minimal distu rbance to
the surrounding rock mass.
Where squeezing problems result in significant floor
heave, disturbance can be severe unless a temporary
invert, as shown in the photograph, is placed.

D = 0

D = 0.5
Bez podnožnog
svoda
No invert

Nekvalitetno miniranje u čvrstoj steni
rezultira znatnim lokalnim oštećenjima, na
udaljenosti 2 ili 3 m, u okolnoj stenskoj masi.

Very poor quality blasting in a hard rock
tunnel results in severe local damage,
extending 2 or 3 m, in the surrounding rock
mass.

D = 0.8

Miniranje manjih razmera na padinama
rezultira umerenim oštećenjem stenske mase,
posebno ako se kontrolisano miniranje
primenjuje na steni koja je prikazana na levoj
strani slike.
Međutim, relaksacija napona rezultuje
poremećenjem.
Small scale blasting in civil engineering slopes results in
modest rock mass damage, particularly if controlled
blasting is used as shown on the left hand side of the
photograph. However, stress relief results in some
disturbance.
D = 0.7
Dobro miniranje
Good blasting

D = 1.0
Loše miniranje
Poor blasting

Vrlo veliki otvoreni površinski kopovi trpe znatno
poremećenje zbog obimnog proizvodnog miniranja
i zbog relaksacije napona koji su posledica iskopa.
U nekim mekšim stenama iskop se može vršiti
mašinski pa je stepen oštećenja padine manji.
Very large open pit mine slopes suffer significant
disturbance due to heavy production blasting and also
due to stress relief from overburden removal.
In some softer rocks excavation can be carried out by
ripping and dozing and the degree of damage to the
slopes is less.
D = 1.0
Proizvodno
miniranje
Production
blasting

D = 0.7
Mašinski
iskop
Mechanical
excavation

165/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Takođe je moguće proceniti koheziju i ugao unutrašnjeg trenja stenske mase korišćenjem
sledećih jednačina:

Relation Hoek-Brown and Mohr-Coulomb:

Tabela MC parametara za osnovni slučaj:

Sl.207:- Kriterijum loma prema Hoek-Brovn-u i Mohr-Coulomb-u crtani u istom prostoru
napona

166/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.208:- Različiti mehanizmi loma zasnovani na kvalitetu stenske mase i odnosa čvrstoće stenske mase
preko in situ napona (Hoek i sar., 2007).
1.2.4.4. Podgrađivanje (rock support), kako je napred objašnjeno, vrši se tako što se
elementi podgrade ugrađuju u iskop sa ciljem da ograniči ili spreči pomeranje stenske
mase u iskop. Iskop stenske mase za posledicu ima promenu primarnog stanja napona u
zoni uticaja iskopa. Izmenjeni naponi u zoni uticaja iskopa obično se nazivaju sekundarni
naponi. Veličina i orijentacija sekundarnih napona ne zavisi od elastičnih konstanti stene
niti od veličine otvora. Ali, veličina radijalnog pomeranja zavisi od poluprečnika otvora
i od elastičnih konstanti. Pomeranja su proporcionalna poluprečniku iskopa a obrnuto
proporcionalna modulu elastičnosti.

Ako karakteristična linija preseca apscisu dijagrama to znači da će tunel biti stabilan i bez
podgrade (pi = 0). Tačka u kojoj karakteristična kriva stene preseca apscisu, definiše
maksimalno pomeranje granice iskopa (radijalna pomeranja). Ako ovo pomeranje
zadovoljava kriterijume projekta, tunel nije potrebno podgrađivati. U slučaju elastičnog
ponašanja stene, ova vrednost za većinu inženjerskih problema iznosi 0,1% poluprečnika
tunela što je obično prihvatljivo. U slučaju stabilnog-neelastičnog ponašanja stene,
radijalna pomeranja pri kome tunel ostaje stabilan i bez podgrade, može biti do 10%
poluprečnika tunela.

Navedena pomeranja mogu se tolerisati kod privremenih rudarskih prostorija, ali se ne
može tolerisati kod železničkih tunela za velike brzine vozova. Ako su pomeranja granice
iskopa veća od dozvoljenog, tunel se mora podgrađivati kako bi se pomeranja ograničila.

167/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Jasno je da se tunel mora obavezno podgrađivati u slučaju nestabilnog-neelastičnog
ponašanja stene jer će se tunel bez podgrade urušiti.

Dakle, podgrada se mora koristiti:
• ako karakteristična linija preseca apscisu a rezultirajuća maksimalna pomeranja
konture su veća od dozvoljenog,
• ako karakteristična linija stene ne preseca apscisu.

Oblik karakteristične linije zavisi od mehaničkih svojstava stenske mase. Što su
mehanička svojstva bolja (manja deformabilnost-veća čvrstoća) linija će biti strmija i
preseći će apscisu pri manjim maksimalnim pomeranjima. Tokom iskopa može doći do
poremećenja stene što će za posledicu imati povećanje njene deformabilnosti i smanjenje
čvrstoće. Na poremećenje stenske mase utiču:
• sekundarno stanje napona,
• primenjena tehnika iskopa.
Može se desiti da sekundarno stanje napona premaši čvrstoću stene. Ako se primene
neadekvatne tehnike miniranja, inače stabilna stena, može postati potpuno nestabilna (sl.
209).

Sl.209:- Karakteristična linija stene: (a) u različitim tipovima stene i (b) u istom tipu stene sa različitim
tehnikama iskopa

Sl.210:- Različiti tipovi odgovora geoloških materijala na pritisak. Pravi isprekidani delovi su elastične
deformacije, a zakrivljeni delovi su plastične deformacije; X - tačka loma materijala. A - najjači
materijal, deformiše se relativno malo i prelomi na visokom nivou napona. B - jak, ali lomljiv - krt, ne
pokazuje plastičnu deformaciju i pukne nakon relativno male elastične deformacije. C - najizdržljiviji,
prelomi se tek nakon velikog elastičnog i plastičnog napona. Tri dijagrama deformacije na desnoj strani
pokazuju A i C elemente pre loma i B nakon loma. [SE]

168/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.211:- Odstupanje ponašanja intaktnih i rastresenijih uzoraka stene paralelno sa smanjenjem kvaliteta
stenske mase u smislu a) aksijalnog napona/aksijalnih deformacija, b) čvrstoće, c) zapreminskog
odgovora deformacija i d) modula elastičnosti.

Kako je napred ukazano, armiranjem stene poboljšavaju se njena mehanička svojstva. To
znači da će armiranje uticati i na oblik karakteristične linije stenske mase (sl. 212).

Sl.212:- Karakteristična linija nearmirane i armirane stenske mase

Upotreba podgrade, iz već navedenih razloga, je obavezna:
• ako karakteristična linija preseca apscisu a rezultirajuće maksimalno pomeranje
konture je veće od dozvoljenog,
• ako karakteristična linija stene ne preseca apscisu.
Ako se podgrada mora ugraditi onda se dobra indikacija njene efikasnosti može dobiti
ako se na istom dijagramu nacrta i karakteristična linija podgrade.

Slika 213 prikazuje tri podgrade različite radijalne deformabilnosti. Treba obratiti pažnju
na popustljivu podgradu (2 na slici 213). Ova podgrada povećava čvrstoću do nekog
iznosa pomeranja a nakon toga čvrstoća se ne menja sa pomeranjem. U ovom slučaju
granična čvrstoća podgrade dostignuta je pre nego je došlo do uravnoteženja.

169/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.213:-Karakteristična linija stenake mase i karakteristične linije različitih tipova podgrade

Podgrada ovog tipa postiže se ugradnjom hidrauličkih elemenata u rudarstvu a u
tunelogradnji ugradnjom popustljivih elemenata između elemenata podgrade (popustljive
brave kod čeličnih lukova, zazori u betonu ispunjeni deformabilnim materijalom i slično).

Sl.214:- Podgrade-različito vreme ugrađivanja-ravnotežu sa stenskom masom dostiže u raznim tačkama

170/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Slika 215prikazuje neke karakteristične slučajeve koji ilustruju uticaj vremena ugradnje
podgrade i čvrstoće podgrade na veličinu mobilizovanog radijalnog pritiska podgrade.

Sl.215:-Uticaj čvrstoće i trenutka ugradnje podgrade na mobilisane radijalne pritiske podgrade

Vrlo važno i prema NATM-u
- VI. Treba pravovremeno ugraditi podgradu (ne prerano niti prekasno) i odgovarajuće
dozirati stenski pritisak ugradnjom ne prekrute i ne preslabe podgrade.

- VII. Treba tačno proceniti specifični vremenski uticaj masiva. U kvalitetnoj stenskoj
masi tunel može duže ostati nepodgrađen. U stenskoj masi lošeg kvaliteta tunel treba
odmah podgraditi.

Sl.216:- Radijalna pomeranja dešavaju se i u neiskopanom delu tunela - klase stenskih
masa i vreme podgrade

Uslovi napona oko otvora - iskopa prikazani su šematski na slikama 217 i 218.

171/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.217:-Šematski prikaz napona oko otvora tunela:a-Fener, b-Rabcewicz i sar.,1973)

Sl.218:- Šematski prikaz odnosa između radijalnog napona σr , deformacije otvora
tunela Δr, podrške pi i vreme postavljanja podgrade, T (Rabcewicz i sar.,1973)

Kriva σr /Δr može se aproksimovati numeričkim modelovanjem pomoću deformacija i
svojstava čvrstoće tla uz specifičnu geometriju otvora i predviđenog sekvenciranja iskopa
(Rabcewicz, 1973).

Karakteristične linije stenske mase i podgrade ukazuju na nekoliko značajnih činjenica:

1. Nakon što se desilo radijalno pomeranje (u0) podgrada počinje delovati. Ovo
pomeranje je posledica tri efekta:
• Iskop tunela prouzrokovaće deformisanje i neiskopane stene ispred čela tunala do
udaljenosti 0,5 do 2,5 prečnika tunela,
• Ugradnja podgrade obično se vrši na nekoj udaljenosti od čela iskopa što za
posledicu ima daljnje deformisanje granice iskopa,
• Delovanje podgrade počinje nakon nekog vremena (beton) ili nakon nekog
pomeranja (pasivna sidra)
2. Podgradu ne treba ugraditi ni previše rano ni previše kasno (sl.214-1, 2,5) i 1
3. Podgrada ne sme biti ni previše kruta ni previše fleksibilna (sl.214-3-4) i 1
4. Popustljive podgrade su vrlo efikasne.

172/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.4.5. Principi podgrađivanja

Elementi podgrade ugrađuju se u iskop sa ciljem da se ograniči pomeranje konture iskopa
na dozvoljenu vrednost. Kao elementi podgrade najčešće se koriste prskani beton, čelični
okviri, liveni beton, prethodno izrađeni betonski blokovi itd. Treba napomenuti da prvi
tanki sloj prskanog betona, ne ubraja se u elemente podgrađivanja, jer on služi samo za
zaštitu površine stenskog masiva i sprečavanje ispadanja malih blokova.

Sl.219:- Principi podgrađivanja

Sl.220:- Principi podgrađivanja - koraci i postupci podgrađivanja - korak 1 i 2,
(Hoek i Brown, 1980)
(Hoek i Brown, 1980)

173/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.221:- Principi podgrađivanja - koraci i postupci podgrađivanja - korak 3 i 4,
(Hoek i Brown, 1980)

174/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.222:- Principi podgrađivanja - koraci i postupci podgrađivanja - korak 4 i
proračun radijalnog pritiska pi, (Hoek i Brown, 1980)

Znači, za stabilizaciju stenske mase, bez obzira na mehanizam po kome se
pomeranje događa, mogu se primeniti dve metode (tehnike) stabilizacije:

 Armiranje stenske mase (engl. rock reinforcement). Armiranjem se diskontinuirana
stenska masa počinje ponašati kao kontinuum.

 Podgrađivanje (podupiranje - engl. rock support). Elementi podgrade se ugrađuju u
iskop sa ciljem da ograniče pomeranje konture iskopa na dozvoljenu vrednost.

Sl.223:- Šematski prikaz armiranja i podgrađivanja stenskih masa

(Hoek i Brown, 1980)

175/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Radi postizanja ravnotežnog stanja - stabilizacija stenskog masiva, podrazumeva se
kombinovana primena sidrenja i podgrađivanja, primer na slici 224.

Sl.224:- Ravnoteža stanja - stabilizacija stenskog masiva, kombinovana primena sidrenja
i podgrađivanja.

Sl.225:- Sidrenjem elementi stenske mase dovode se u stanje troosnog pritiska

Armiranje stenske mase (rock reinforcement) primenjeno na kontinuiranu stenu
razlikuje se od armiranja diskontinuirane stenske mase zbog različitog delovanja
elemenata armiranja (sidra, kablovi) u ovim sredinama, više u delu o sidrima i sidrenju.

Logično je, na prvi pogled da ima smisla armirati samo diskontinuiranu stensku masu radi
sprečavanja pokreta pojedinačnih blokova. Međutim, i armiranje kontinuirane stene ima
puni smisao jer se njime poboljšavaju opšta tehnička svojstva stene i na taj način i njeno
ponašanje u okolini iskopa. Stena boljih mehaničkih svojstava lakše podnosi povećanje
devijatornog napona pa će teže doći u stanje loma.
Jasno je da je armiranje najefikasnije u jače deformabilnoj steni male čvrstoće.

Armiranjem diskontinuirane stenske mase ostvaruje se dvostruki efekat:
• poboljšanje mehaničkih i strukturnih svojstava stenske mase i
• sprečavanje velikih pomeranja kompletnih blokova stene.

176/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ako armiranjem sprečavamo pokretanje blokova i ako diskontinuiteti mogu preuzeti
značajne napone, tada armiranje menja diskontinuiranu stensku masu u kontinuiranu
stensku masu.

U praksi se vrlo često uz sidrenje stenske mase vrši i ugradnja armiranog mlaznog betona
po konturi iskopa, uz napomenu da su mlazni beton i armatura deo sistema armiranja.
Uloga mlaznog betona je da stvori čvrsti omotač radi sprečavanja lokalnih pomeranja i
rotacije blokova.

 Podgrađivanje (podupiranje - engl. rock support) - termin “podgrada” (rock support)
odnosi se na elemente koji se ugrađuju u iskopanom delu objekta radi sprečavanja
pomeranja granice iskopa, kako je već prethodno objašnjeno.

Oblik karakteristične linije zavisi od mehaničkih svojstva stene. Što su mehanička
svojstva bolja (manja deformabilnost-veća čvrstoća) linija će biti strmija i preseći će
apscisu pri manjim maksimalnim pomeranjima. Tokom iskopa može doći do poremećaja
stene što za posledicu ima povećanje njene deformabilnosti i smanjenje čvrstoće. Na
poremećenje stene utiču:
• sekundarno stanje napona,
• primenjena tehnika iskopa.
Uglavnom ni stene ni tla nisu linearno elastični nego obično i anizotropni, delimično
plastični i viskozni. Da bi se i to uvelo u račun, trebalo bi tačno definisati konstitutivne
zakone za stenu, a to znači odrediti potreban broj materijalnih konstanti. Postoje programi
konačnih elemenata, konačnih razlika ili graničnih elemenata koji mogu uzeti u račun sva
ta svojstva, ali ostaje pitanje kolika je konačna pouzdanost rezultata ako se uzme u obzir
sa koliko se proizvoljno odabranih veličina mora ući u takve proračune.

Učešće podgradnog sistema u preuzimanju opterećenja svakako je problem za sebe.
Podgradase ugrađuje neposredno iza čela iskopa koje se nalazi u izrazito
trodimenzionalnom stanju napona. Deo stene koji je upravo iskopan nije mogao biti
istovremeno sa iskopom i podgrađen.

Pojednostavljeno rečeno, opterećenje koje je preuzimala upravo iskopana deonica stene
mora se podeliti na tri dela:
- na opterećenje koje preuzima stena uz iskopani deo,
- na deo koji preuzima stena ispred čela iskopa i
- na deo koji opterećuje pre podgrađeni tunel.

Ovu činjenicu dobro ilustruje slika 226 iz preporuka koje je predložila ITA (International
Tunnelling Asociation), koja prikazuje trenutno stanje deformacija uz čelo iskopa, a iz
toga se samo može zaključiti da je stanje deformacija i napona uz čelo iskopa vrlo složeno
troosno stanje, koje uz sve do sada nabrojene faktore zavisi još i od brzine napredovanja
iskopa.

Delovanje podgrade je ne samo statički neodređeno nego još i zavisno od vremenskih
faktora. U principu podgrada deluje kao statički neodređeni sistem u kojem se
deformacije stene i podgrade izjednačuju. Jedan deo deformacija stene dogodio se već
pre iskopa, ispred čela, a drugi, najznačajniji, u trenutku iskopa otvorene deonice. Pre
daljeg napredovanja iskopa ugradiće se na novoiskopanom delu podgrada koja se sastoji
obično od nearmiranog ili armiranog mlaznog betona.

177/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.226:- Raspodela deformacija uz čelo iskopa i izvedenog dela tunela (ITA,1992)

Mlazni beton radi se sa dodatkom ubrzivača vezivanja, tako da stvrdnjava već nakon
desetak minuta, ali njegov proces punog vezivanja i stvrdnjavanja traje još danima i
nedeljama (minimalno 21 dan). U prvi mah (na početku) stena se oslanja na podgradu od
mlaznog betona, čiji je modul vrlo nizak, a konačnu vrednost postići će tek nakon nekog
vremena.

Nova austrijska tunelska metoda (NATM) je generalni koncept odnosno filozofija
tunelogradnje. Ona je postupak građenja tunela zasnovan na naučno utvrđenim i u praksi
potvrđenim idejama i principima, kako bi se mobilisanjem kapaciteta stenske mase
ostvarila optimalna sigurnost i ekonomičnost.

NATM je uspeli sistem principa poboljšanja geotehničkih karakteristika stenske mase
podgradom, iskorišćavanja primarne čvrstoće stene, racionalnosti podgradnih sistema i
obavezne kontrole delovanja podgrade merenjem deformacija na iskopanom i
podgrađenom tunelu. Poznate krive odnosa deformacije i opterećenja, kao i vremena i
deformacije, prikazane na slici 227, potvrđuju efikasnost primenjenog podgradnog
sistema i dokazuju da je proces deformisanja spregnute stene i podgrade završen i
postignuta stabilizacija.

Sl.227:-Odnos konvergencije tunelskog profila, opterećenja i vremena prema (NATM)

Nažalost, ovo je samo podatak da se stena dalje ne deformiše, ali nedostaje podatak o
tome koliko ima još rezerve u nosivosti te spregnute strukture. Merenje deformacija ili
"konvergencije" rezultuje donjom krivom na slici 227. Od gornje krive poznat je samo

178/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
vrh, približno i tačka uravnoteženja E, koja se dobija iz nosivosti podgrade i trenutka kada
je defomisanje stene zaustavljeno. Položaj donjeg temena krive S nije poznat, pa prema
tome ni odnos trenutne nosivosti spregnute stene i podgrade prema kritičnoj vrednosti u
"S" ili "S1", pa prema tome ni stvarni koeficijent sigurnosti podgrade.

Statička koncepcija podgrade još se više komplikuje kod primene nekih savremenih
metoda iskopavanja u slabim stenama, kada se probojnom podgradom, cevnim krovom
ili krovom izrađenim metodom mlaznog injektiranja opterećenje se delimično preuzima
tim konstruktivnim elementima.

 Deformacija oko tunela koji napreduje (Deformation around an advancing tunnel)

Slike 125, 126, 129, 130 i 152 pokazuju rezultate trodimenzionalne analize konačnih
elemenata deformacije i loma stenske mase oko kružnog tunela koji napreduje kroz slabu
stensku masu izložen jednakim naponima u svim pravcima.

Na grafikonu prikazani su pomični vektori u stenskoj masi, oblik deformisanog profila
tunela i oblik plastične zone oko tunela. Slike 126 i 152 daje grafički prikaz najvažnijih
karakteristika ove analize.

Elastična deformacija stenske mase počinje oko dva prečnika ispred čela napredovanja i
dostiže maksimalnu vrednost na oko dva prečnika iza čela. Na čelu iskopa već je došlo
oko jedne trećine ukupnog radijalnog zatvaranja tunela, a čelo tunela se deformiše prema
unutra, kao što je prikazano na tim slikama. Bez obzira da li ove deformacije izazivaju
probleme stabilnosti u tunelu, zavisi od odnosa čvrstoće stenske mase i nivoa in situ
stresa, što će biti prikazano na sledećim stranicama.

Imajući na umu da se pretpostavlja da se opisani postupak deformacije odvija odmah
nakon iskopa čela. Ovo je razumna aproksimacija za većinu tunela u steni. Efekti
vremenski zavisnih deformacija na performanse tunela i dizajn sistema podrške neće biti
razmatrani u ovom poglavlju.

→ Analiza deformacije tunela (Tunnel deformation analysis)

Da bi se istražili koncepti interakcije stenske podgrade u obliku koji se lako može shvatiti,
iskoristiće se vrlo jednostavan analitički model zasnovan na kriterijumu Mohr-
Coulombovog loma. Ovaj model uključuje kružni tunel podložan hidrostatičkom
naponskom polju u kojem su horizontalni i vertikalni naponi jednaki.
U analizi pretpostavlja se da se okolna homogena slaba stenska masa ponaša kao elastično
savršeno plastični materijal u kome se pretpostavlja da se lom koji uključuje klizanje duž
blisko razmaknutih presečnih diskontinuiteta ne pojavljuje sa promenom nulte plastični
zapremine (Duncan Fama, 1993).

→ Definicija kriterijuma loma (Definition of failure criterion)

Pretpostavlja se da je početak plastičnog loma za različite vrednosti efektivnog
ograničavajućeg napona, definisan Mohr-Coulombovim kriterijumom i izražen kao: σ'3

(1)
Jednoaksijana čvrstoća na pritisak stenske mase σcm definisana je:

(2)

179/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
i nagib k u odnosu na σ'1 u odnosu na σ'3 kao:

(3)
gde je:
- σ'1 je aksijalni napon kod kojeg dolazi do loma,
- σ'3 je ograničavajući naponi (ograničeni - bočni naponi),
- c' je koheziona čvrstoća i
- ϕ' je ugao unutrašnjeg trenja stenske mase.

→ Analiza ponašanja tunela (Analysis of tunnel behaviour)

Pretpostavimo da je kružni tunel radijusa ro izložen hidrostatičkim naponima po i
jednolikim unutrašnjem podgradnom pritisku pi, kao što je prikazano na slici 228. Lom
stenske mase oko tunela nastaje kada je unutrašnji pritisak pi manji od kritičnog pritiska
podgrade pcr, koji je definisan:

(4)

Ako je unutrašnji podgradni pritisak piveći od kritičnog pritiska pcr, nije došlo do loma,
ponašanje stenske mase oko tunela je elastično, a i unutrašnje radijalno elastično
pomeranje uie tunelskog zida daje:

(5)
gde je:
- Em Jungov modul deformacija i
-  Poasonov koeficijent stenseke mase.

Kada je unutrašnji pritisak podgrade pi manji od kritičnog pritiska pcr, dolazi do loma i
radijus rp plastične zone oko tunela daje:

(6)

Za plastični lom, unutrašnji radijalni pomak zidova uip tunela je:

(7)

Sl.228: Plastična zona oko kružnog tunela

180/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Karakteristična kriva tunela(Characteristic curve for a tunnel)

Jednačine 4 do 7, definišu odnos između unutrašnjeg pritiska podgrade pi i deformacije
tunela ui za napredovanje kružnog tunela u hidrostatičkom naponskom polju.

Grafikon ui prema pi je opšte poznat kao Karakteristična kriva za tunel, a primer je
prikazan na slici 229. Ova kriva se zasniva na pretpostavci da stena na čelu tunela
obezbeđuje početni podgradni pritisak jednak in situ naponu po.
Kako iskop tunela napreduje, a čelo iskopa se pomera od odseka koji se razmatra, pritisak
podgrade se postepeno smanjuje dok ne dostigne nulu na određenoj udaljenosti iza čela
iskopa.

Takođe, na slici 228 uključen je i radijus plastične zone rp, izračunat iz jednačine 6.

Sl.229:- Karakteristična kriva za tunel iskopan u slaboj steni.

→ Uzdužni profil pomeranja (Longitudinal Displacement Profile)

Proračun karakteristične krive i stepen plastične zone bazirani su na dvodimenzionalnoj
analizi kao što je prikazano na slici 228.

Profil uzdužnog pomeranja, prikazan na slici 229, potreban je kako bi se utvrdio relativni
položaj čela tunela i delova koji se razmatraju.

Neophodno je izvršiti trodimenzionalnu analizu za određivanje ovog profila. Rezultati
takve studije objavili su Vlachopoulos i Diederichs (2009) i sažeti su na slici 230.
Profil uzdužnog pomeranja za određeni tunel proračunava se na sledeći način:

Odnos maksimalnog radijusa plastične zone rpm i radijusa tunela ro, proračunava se iz
jednačine 6 postavljanjem pi = 0:
Input (ulaznei podaci):
Tunnel radius ro = 5 m
Friction angle ϕ = 23
0

Cohesion c = 1.5 MPa
Modulus E = 1800 MPa
Poisson’s ratio  = 0.3
In situ stress po= 7 MPa
Output (izlazni podaci):
Rock mass UCS σcm= 4.53 MPa
Rock mass constant k = 2.28
Critical pressure pcr= 2.88 MPa
Max tunnel displacement = 0.0427 m
Max plastic zone radius = 7.96 m
Plastic zone/tunnel radius = 1.592

181/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

(8)

Sl.230:- Uzdužni profil pomeranja (Vlachopoulos i Diederichs, 2009).

Pomeranje na čelu tunela uif proračunava se iz sledeće jednačine koje su definisali
Vlachopoulos i Diederichs:
(9)

gde je: uim je maksimalno pomeranje koje se pojavljuje na rpm.

Pomeranje zida tunela ispred čela (x < 0) je:

(10)

Pomeranje zida tunela iza čela (x > 0) je:

(11)

Uzdužni profil pomeranja tipičnog tunela prikazan je na slici 231.

182/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Input (ulaz):
Tunnel radius ro = 5 m
In situ stress po= 7 MPa
Rock mass UCS cm= 4.53 MPa
Rock mass constant k = 2.28
Output (izlaz):
Max plastic zone/tunnel radius rpm/ro= 1.592
Tunnel face displacement uif= 0.011197 m
Maximum tunnel displacement uim= 0.0427 m
Face displacement/Max displacement uif/uim= 0.2622

Sl.231:- Profil uzdužnog pomeranja za razmatrani tunel sa slike 229.

Kombinujući karakterističnu krivu sa slike 229 i profil uzdužnog pomeranja sa slike 231,
kao što su to učinili Carranza-Torres i Fairhurst (2000), daje grafikon prikazan na slici
232.

Sl.232:-Kombinacija karakteristika kriva i uzdužnog pomeranja profila,
Carranza-Torres i Fairhurst (2000)

Ovaj grafikon omogućava određivanje pomeranja tunela na određenoj udaljenosti iza
čela. Dakle, kao što je prikazano na slici 232, podgrada ugrađena 5 m iza čela iskopa
odgovara pomeranju zida tunela ui = 0,03034 m, a minimalna podgrada potrebna za
stabilizaciju tunela je reda od 0,6 MPa.

183/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.4.6. Interakcija stena-podgrada (Rock-Support interaction)

Kao što je prikazano gore navedenim jednačinama na sl.231 i 232, stepen plastične ili
oštećene zone i količina deformacije u stenskoj masi koja okružuje tunel može se
kontrolisati primenom unutrašnjeg pritiska podgrade pi.

Ova podgrada može se obezbediti kombinacijama stena, čelični elementi i mlazni beton
ili betonska obloga. Interakcija deformisane stenske mase i otpornosti nosača može se
ilustrovati na grafikonu prikazanom na slici 233.

Sl. 233:- Grafikon interakcije stena-podgrada

Pod pretpostavkom da je podgrada (nosač) ugrađen na određenoj udaljenosti iza čela
tunela, pomeranje na ovoj udaljenosti uio se određuje kako je prikazano na slici 232.

Reakcija instalisane podgrade na stalne - kontinuirane deformacije zavisi od krutosti Ks
sistema podgrade i, kao što je prikazano na slici 233, pomeranje uiy tunela u donosu
podgrade daje:
(12)

gde je:
- psmax nosivost podgrade (is the capacity of the support).

Ako podgrada ima dovoljnu nosivost (kapacitet), kriva interakcije podgrada-stena
presecaće karakterističnu krivu tunela u ravnotežnoj tački gde je deformacija tunela
jednaka onoj od podgrade. Faktor sigurnosti (FS) podgrade se zatim definiše kao odnos
kapaciteta prema zahtevu ili:

(13)

→ Procena kapaciteta podgrade (Estimation of support capacity)

Hoek i Brown (1980a) i Brady i Brown (1985) objavili su jednačine za proračun
kapaciteta nosivosti podgrade od čeličnih elemenata (lukova), prskanog betona ili
betonskih obloga i sidara za kružni tunel u hidrostatičkom polju napona.

Greška u jednačini za nosivost čeličnih lukova* dovela je do precenjenog kapaciteta
podgrade sa vrlo malim blok razmakom, koristi se za procenu kapaciteta čeličnih lukova
koji se koriste za betoniranje ili ugrađeni u beton. Kod mnogih trenutnih operacija tunela,
naročito u tunelima TBM-a (bušenim tunelima), čelični lukovi se postavljaju u direktan

184/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
kontakt sa stenom ili sa mlaznim betonom koji se koristi za popunjavanje prekopa.
Shodno tome, jednačina za procenu nosivosti čeličnih lukova je pojednostavljena onom
za lukove u direktnom kontaktu sa stenom kao što je ilustrovano na slici 234.

Ovu grešku je ukazao g. Alex Lowson iz Mott MacDonald koji je dao ispravljenu verziju
jednačine. On je takođe predložio da je, u kontekstu ove rasprave, verovatno povoljnije
pretpostaviti da je čelična podgrada u direktnom kontaktu sa površinom stene ili sa
slojem mlaznog betona koji se koristi za popunjavanje prekopa kao što je prikazano na
slici 234.

Čelična podgrada - lukovi (Steel set support)

Sl.234:- Čelična podgrada - lukovi
* This error was pointed out by Mr Alex Lowson of Mott MacDonald who provided a corrected version of the equation. He
also suggested that, in the context of this discussion, it was probably more appropriate to assume that the steel set is directly
in contact with the rock surface or with a shotcrete layer used to fill overbreaks as shown in Figure 233.

 Obloga od betona ili mlaznog betona (Concrete or shotcrete linings)

Analiza interakcije stenske podgrade za tunele sa oblogama od betona ili mlaznog betona

Sl.235:- Podgrada od betoba ili mlaznog betona (Concrete or shotcrete linings)

185/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Stenska sidra (Rockbolts support)

Sl.236: - Neograničena ankerska podgrada (Rockbolts support)

Radi jednostavnosti ova analiza je ograničena na podgradu koju pružaju ugrađena
nehrđajuća mehanička ili hemijska stenska sidra ili kablovi. Detaljnije numeričke analize
interakcije stenskih sidara i oštećene stenske mase date su u drugim poglavljima.
Maksimalni pritisak podgrade koji daje stensko sidro je:

(1)

Elastična čvrstoća je: (2)

Kod primene jednačine 1 i 2 u analizi ograničavanja konvergencije, pretpostavlja se da
su stenska ili kablovska sidra ugrađena u jednoličnu stensku masu koja okružuje tunel.
Dužina l sidara ili kablova treba da pređe debljinu plastične zone oko tunela, a razmaci sc
i sl sidara treba uglavnom biti manje od polovine dužine sidra.

→ Grafički prikaz maksimalnih podgradnih pritisaka u odnosu na prečnik tunela

Slika 237a daje niz tipičnih tipova podgrade koji se koriste u tunelogradnji, a maksimalni
pritisci podgrade za ove tipove podgrade prikazani su na slici 237b za više radijusa tunela.

Skoro svaka zemlja uključena u izradi tunela ima svoje standarde za komponente čelične
poddrade i samim tim je mali izbor uključen na slici 237 kako bi se prikazao raspon
pritisaka podgrade koji se mogu uzeti u obzir. Čitaocu se preporučuje da se konsultuje sa
lokalnim standardima za čelične konstrukcije i specifikacijama proizvođača za osobine
čeličnih elemenata za podgradu.

186/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.237:- Tipični primeri vrste podgrada koje se koriste u tunelogradnji

U analizi ovih elemenata date su sledeće pretpostavke:
- Napon tečenja čeličnih lukova ys = 245 MPa
- Jednoosna čvrstoće betona ili mlaznog betona cc = 35 MPa
- Čelični lukovi su razmešteni na 1 m duž osovine tunela
- Sidra su sva postavljena na 1 x 1 m u obliku mreže.

Treba imati na umu da su neke krivine za čelične elemente skraćene kako bi se uklopile u normalnu
praksu da radijus savijanja čelične sekcije ne bi trebao prelaziti oko 10 puta dubine sekcije.

Delovanje stenskih sidara i kablova koji se ugrađuju u stensku masu koja okružuje tunel
može biti složeno. Na primer, potpuno injektirana sidra deluju kao armiranje stene na isti
način kao armatura u beton. Rezultat toga je menjanje oblika karakteristične krive, a onda
pružaju unutrašnju podršku koju pruža čelikčna podgrada ili obloga od mlaznog betona.
Sa druge strane, neinjektirana stenska sidra mogu se smatrati otpornim na unutrašnje
pomeranje stenske mase, a to je ekvivalentno primeni unutrašnjeg podgradnog pritiska u
tunelu.
→ Primer analize interakcije stena-podgrada (Example of rock-support interaction analysis)

Primer za tunel radijusa od 5 m, prikazan na slikama 229, 231 i 232, sa podgradom
postavljenom na rastojanju od 5 m iza čela napredovanja. Kao što je prikazano na slici
233, za stabilizaciju ovog tunela potreban je minimalni podgradni pritisak od približno
0,6 MPa.

187/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Slika 231b pokazuje da za tunel radijusa od 5 m radi to zahteva ili teške čelične remenate
na rastojanju od 1 m ili prilično debelu betonsku podlogu.

Zbog niske čvrstoće uzoraka stenskih
ankera, teško je proceniti performanse
stenskih ankera, osim probama i
greškama, a u ovoj analizi biće
uključeni i uzorci sa neinjektiranim
završnim sidrima od 34 mm prečnika
na razmaku od 1 x 1 m.
Proračuni za tri krive interakcije
stenske podgrade prikazani su na slici
238.

Pretpostavlja se da sva tri sistema
podgrade deluju nezavisno i nije
preduzeto da se analizira interakcija
podgrade dva ili više kombinovanih
sistema podgrade. Grafikon tri krive
podgrade i njihove interakcije sa
karakterističnom krivom tunela
prikazan je na slici 238.

Sl.238:- Karakteristične linije podgrade- interakcija stene i podgrade za razmatrani
primer

Nije čudno da izvođači tunela zaziru od proračuna podgrade i beže u empirijsko
odabiranje podgradnih sistema samo na osnovu klasifikacija. Najviše se primenjuju RMR
(Rock Mass Rating) sistem klasifikacije Bieniawskog i Q sistem Norveškog geološkog
instituta (NGI).

Oba sistema zasnovana su na analizi nekoliko stotina prokopanih i izgrađenih tunela i
nesumljivo predstavljaju rezultat iskustva mnogih graditelja tunela i temeljnih studija tih
iskustvenih rezultata, koja su solidna osnova za procenu potrebnih zahvata.

Bez obzira na obim istražnih radova, izvođač tunela suočen je svakodnevno sa drugačijom
geotehničkom situacijom na čelu iskopa, i da nema vremena čekati ispitivanja mehaničkih
svojstava stena na koje je naišao. Posledica toga je da ono, što se uobičajeno naziva
projektom u tunelogradnji, je samo prva faza projektovanja, a izrada izvedbenog projekta
podgradnog sistema seli iz projektnog biroa na gradilište. Stvarnost na gradilištu za
iskope traži gotovo svakodnevne intervencije, upravo u načinu podgrađivanja i
savladavanja onih poteškoća koje je teško predvideti na osnovu prethodnih istražnih
radova, ma koliko oni bili obimni i detaljni. Zbog toga verovatno ni jedna grana tehnike
ne traži od inženjera pri izvođenju toliko lične odgovornosti, snalaženja, inventivnosti i
intuicije kao izvođenje podzemnih objekata.

188/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.4.7. Neke odredbe Evrokoda 7

Osnova za razmatranje koncepcije statičkog proračuna podgrade uzima se Evrokod 7,
koji definiše način dokaza stabilnosti geotehničkih konstrukcija. Kao prednorma
prihvaćen je u sistemu nemačkih tehničkih propisa DIN. Taj postupak predviđa
upoređivanje ekstremnih računskih statičkih uticaja Sd i granične nosivosti inženjerske
konstrukcije Rd. Ekstremno računsko delovanje Sd je funkcija računskih opterećenja Fd,
geometrijskog oblika konstrukcije definirsane sa dimenzijom ad, karakteristikama
primenjenih materijala fk i faktora sigurnosti γd:
Sd = Sd (Fd, ad , fk, γd) (1)
Sa druge strane, granična nosivost konstrukcije Rd zavisi od materijalnih i geometrijskih
karakteristika konstrukcije ak, čvrstoće odnosno kritičnog napona materijala fki
parcijalnog faktora sigurnosti γm zavisan od vrste materijala:
Rd = R(ak , fk , γm) (2)
Konstrukcija se smatra upotrebljivom ako je:
Sd ≤ Rd (3)
Parcijalni faktori sigurnosti za stalna i pokretna opterećenja, prema Evrokodu 7, prikazani
su u tabeli 19.
Tabela 19 - Faktori sigurnosti prema Evrokodu 7.

Slučaj

Delovanja
Svojstva tla
Stalna Pokretna
Nepovoljna Povoljna Nepovoljna tan f c' cu* qu**
A 1.00 0.95 1.50 1.10 1.30 1.20 1.20
B 1.00 1.50 1.00 1.00 1.00 1.00
C 1.00 1.00 1.30 1.35 1.60 1.40 1.40
* cu označava graničnu koheziju (limit cohesion)
**qu označava jednoosnu čvrstoću stene ili tla (compresive strenght of soil or rock)

Objašnjenje tabele 19:
• A se odnosi na probleme gde je glavno nepovoljno delovanje hidrostatički pritisak vode
ili uzgon,
• B je merodavan za granične nosivosti konstruktivnih elemenata koji su deo temeljne ili
podgradne konstrukcije,
• C je merodavan za graničnu nosivost tla ili podloge, koja ne zavisi od oblika i nosivosti
konstruktivnih elemenata, na primer slučaj kliznih ravni koje ne prolaze kroz
podgradnu konstrukciju.

Naravno, podgrada podzemnih prostorija je pod stalnim delovanjem kontaktnih sila
između stene i podgrade kao trajnim nepovoljnim opterećenjem, a to odgovara slučaju B.

Prema tome trebalo bi izračunati ekstremni uticaj stene na podgradu Sd i uporediti ga sa
graničnom nosivošću podgrade Rd, kao što traži uslov stabilnosti konstrukcije, jed. (3).

Zna se sa koliko se nepoznatih ili proizvoljnih pretpostavki mora proračunavati ponašanje
spregnute konstrukcije koja se sastoji od podgrade i stene, jer ponašanje te statički
neodređene strukture zavisi prvenstveno od ostvarenih deformacija, a one opet zavise od
mnogo unapred teško odredivih faktora. Zato treba pokušati izbeći statički proračun koji
se zasniva na vrlo problematično odredivim zajedničkim deformacijama stene i podgrade.

189/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.4.7.1. Primena Evrokoda 7 na proračun podgrade

Granični uticaj stenske mase na podgradu teško je odrediti, ali je moguće odrediti granični
uticaj podgrade na stensku masu. Proračun podgrade zato treba koncipirati obrnuto, što
znači da treba pretpostaviti graničnu nosivost podgrade i videti zadržava li takva podgrada
stensku masu određenih karakteristika u stabilnom stanju. Da bi se uticaj stalnog
opterećenja stenske mase na podgradu mogao upoređivati sa nosivošću podgrade trebalo
bi uticaj stenske mase množiti sa faktorom γd = 1.35, odnosno, nosivost podgrade treba
podeliti sa tim faktorom i kontrolisati uticaj podgrade na stensku masu. Izraz
Sd ≤ Rd (3) može se transformisati u oblik:

(4)
gde je:
Sdu - granični uticaj podgrade na stenaku masu,
Rd - granična nosivost podgrade,
γd - projektovani faktor sigurnosti za konstrukciju.

Dakle, uvođenjem graničnog stanja podgrade problem analize graničnih stanja može se
invertirati (obrnuti). Umesto da se proračunava stanje podgrade koje sledi iz nekog
pretpostavljenog odnosa deformacija stenske mase i podgrade, možemo u račun uključiti
graničnu nosivost podgrade i analizirati efekat reakcije podgrade na stensku masu. Treba
kontrolisati da li uz graničnu (dozvoljenu) reakciju podgrade i stenska masa zadovoljava
uslove kriterijuma loma. Time bi se dokazala moguća granična ravnoteža sistema
podgrada - stenska masa, uz zadovoljen propisani faktor sigurnosti za podgradu i
zadovoljenje kriterijume loma stene.
Za takav postupak postoje dva vrlo značajna razloga:

• Vrlo je tesna veza između deformacija podgrade mlaznim betonom i njene nosivosti
koja bi sledila iz tih deformacija, jer se radi o deformacijama mladog i popustljivog betona
za koji nije poznato kako je u kojoj fazi očvršćivanja betona bio opterećen. Sigurnije je
ne voditi računa o deformacijama podgrade i direktno pretpostaviti uticaj graničnog stanja
podgrade na stensku masu.
• Opterećenje stenske mase graničnom interakcijom stenske mase i podgrade na ivici
iskopa odredivo je i postaje ulazni podatak za analizu stanja napona i deformacija stenske
mase. Upoređivanje dobijenih napona (uz ivicu iskopa) sa kriterijumima loma daje meru
sigurnosti sprege stenske mase i podgrade.

Kao primer opterećenja ivice graničnim opterećenjem prikazan je na slici 239. Podgrada
se sastoji samo od sloja mlaznog betona debljine d, a beton je kvaliteta mb = fb. Prečnik
luka podgrade iznosi rL. Granična normalna sila SGS koju može preuzeti betonski presek
debljine d i dužine 1.0 m u smeru ose tunela, iznosi:

SGS = d ×1.0 × fb (5)

Luk prečnika rL opterećen normalnom silom SGS na obod iskopa proizvodi pritisak pGP:
&#3627408477;
&#3627408442;&#3627408451;=
&#3627408454;
????????????
&#3627408479;
??????
(6)

190/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.239:- Međusobno delovanje podgradnog luka, a i delovanje zategnutog sidra, b

Za analizu stanja u stenskoj masi pritisak podgrade treba podeliti i sa faktorom sigurnosti
γd, pa se dobija konačno opterećenje ivice iskopa (otvora):
&#3627408477;
&#3627408442;&#3627408451;=
&#3627408465;∙&#3627408467;
&#3627408463;
&#3627408479;
??????∙ &#3627409208;
&#3627408465;
(7)
gde je:
pGP - granični reaktivni pritisak podgrade na stensku masu, (kN/m
2
),
d - debljina luka od mlaznog betona (m),
fb - čvrstoća mlaznog betona (kN/m
2
),
rL - prečnik luka podgrade (m)
γd - faktor sigurnosti (=1.35).

Na isti, sličan način, treba izračunati reaktivne pritiske podgrade na stensku masu i za
ostale elemente podgradnog sistema. Armaturna mreža povećava uzdužnu silu luka i daje
reaktivni pritisak:
(8)
gde je:
AS - površina čelika po m' (mm
2
/m),
fS - granica popuštanja čelika (N/mm
2
),
rL - prečnik luka (m).

Dobijenu vrednos delenjem sa 1.000 dobija se pR u kN/m
2
.

Na isti način proračunava se i uticaj čeličnih lukova, s tim da treba uzeti u obzir uzdužni
razmak lukova i svesti površinu AS na površinu koja odgovara jedinici dužine tunela.
Uticaj sidara može se predstaviti sa dve suprotne sile, od kojih jedna deluje na ivicu
otvora, a druga u sidrištu.

Posebno treba istaknuti da opterećenje reaktivnim pritiskom podgrade mora biti
uravnotežen sistem sila. Na slici 240. pokazano je delovanje graničnih aktivnih pritisnih
sila na kalotu luka podgrade. Pritom se ne sme zaboraviti na reakcije kojima taj luk mora
delovati na svoj oslonac.

Na levom delu slike 240 prikazano je delovanje stenske mase na luk pritiskom pA i logično
je da takvo delovanje u petama luka izaziva reakcije RA. Kada se posmatra delovanje
podgrade reaktivnim pritiskom pR na stensku masu, mora se u petama luka takođe
delovati reaktivnim silama RR koje uravnotežuju opterećenje kalote. Treba uzeti u obzir
da su relaksacioni procesi u mladom (i "mekom") mlaznom betonu intenzivniji i da će
konačni rezultat biti postojanje samo normalnih sila u luku, a iz toga sledi da su i reakcije
luka tangencijalne na osu luka.

191/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 240:- Međusobno delovanje stenske mase i podgradnog luka - delovanje trenja na luk podgradei
a) delovanje trenja na glavi sidra, b) delovanje trenja uz luk mlaznog betona - podgrade

Aktivna i pasivna sidra su najčešći i vrlo efikasan način podgrađivanja. Pritom je vrlo
mala razlika između delovanja jednog i drugog tipa sidara. Aktivna sidra zatežu se odmah
nakon ugradnje, a pasivna počinju delovati tek nakon šo se zategnu usled deformacija
okolne stene (konvergencije). Graničnu nosivost na granici velikih deformacija čelika
sidro će postići već kod relativnog produženja od svega jednog promila u smeru njegove
ose.

Sidro deluje na stenu sa dve jednake suprotne sile kao na slici sl.239b. Na ivici iskopa
sila pritezanja sidra prenosi se na stenu preko zatezne ploče - podloške, a suprotna sila
deluje u sidrištu - sidrenoj deonici, gde se sila prenosi trenjem čaure (kotve) po obimu
bušotine ili kontinuiranim prenosom sile sa sidra na stenu putem smičućih naponaa na
kontaktu sidra i injekcione smese u bušotini. Za usidrenje šipke od rebrastog čelika u
cementnom malteru potrebna je dužina jednaka dvadesetostrukom prečniku sidra, pa
kod uključivanja sidra u proračun stvarnu dužinu sidra treba smanjiti ili za dužinu čaure
(kotve) ili za 200.

Uz delovanje normalne komponente sile u sidru S
B
postoje i sile trenja između luka
podgrade i stene, tj. sile F
trenja koje će se suprotstavljati mogućem popuštanju oslonca.
F
trenja
= f
B
S
B (9)
uz: f
B
- koeficijent trenja između podložne ploče sidra i stene.

Smičuća sila mora se preneti kroz sidro isključivo smičućim naponom u sidru, pa je
koeficijent trenja jednak odnosu smičuće i uzdužne nosivosti sidra, i približno iznosi
&#3627408467;
&#3627408437;=
1
√3
(10)
SB - granična nosivost sidra.

Isto tako postoji i trenje na kontaktu podgrade i stene. To trenje se takođe suprotstavlja
klizanju podgrade prema osloncu. Ipak, ne može se cela sila RR ostvariti samo trenjem
samog luka, jer se luk podgrade ponaša slično užetu obavijenom oko cilindra, koje se ne
može uravnotežiti bez neke početne sile zatezanja. Trenje podgrade i stene uzrokuje
povećanje pritisne sile u luku, pa bi se za ugao ??????α = (α2-α1) dobila pritisna sila S u luku:
S = Soe
f?????? α
(11)
gde je:
So - početna sila u osloncu
f - koeficijent trenja izmedu stene i podgrade.

Da bi se ostvarila početna sila So mora peta luka podgrade imati osiguranje oslonca ili
„velikom petom“ ili zategnutim sidrima koja aktiviraju trenje uz oslonac luka.

192/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za sve elemente treba izračunati granične nosivosti i podeliti sa parcijalnim faktorima
bezbednosti, i pretpostaviti ih kao opterećenje ivice stene na iskopu - otvoru.

1.2.4.7.2. Bieniawski (1989) - RMR klasifikacija (Rock Mass Rating)

Bieniawski je 1989 objavio preporuke za iskop i podgrađivanje tunela na osnovu
vrednosti RMR (tabela 21 i 22). Preporuke u tabeli 22 odnose se na tunel potkovičastog
oblika, raspona 10 m koji je iskopan miniranjem u stenskoj masi sa primarnim vertikalnim
naponima < 25 MPa (ekvivalentna dubina < 900 m).

RMR sistem razvijen je u Južnoj Africi, 1973. god., a detalje ovog sistema Bieniawski je
objavio, 1976. god. Tokom sledećih godina sistem se razvijao pa je 1989. godine obajvio
sistem u kojem se određenim parametrima pridružuju druge vrednosti bodova u odnosu
na verziju iz 1976.
Tabela 20 - preporuke RMR klasifikacije

Postoji više modifikacija RMR sistema koje su napravljene sa ciljem da se područje
primene RMR sistema proširi i na druge građevine.Tri najpoznatije modifikacije su:
1. MRMR-Modified Rock Mass rating system for mining MBR (Modified Basic RMR)
objavili su Cummings i dr. (1982),
2. SRM (Slope Mas Rating), Romana 1985. i
3. QTBM (Q sistem prilagođen mašinskom iskopu tunela) (Barton, 2000).

Tokom vremena RMR klasifikacija postala je opšte prihvaćena, pa se počela koristiti i
kao polazna osnova za određivanje mehaničkih parametara stenske mase.

Ova klasifikacija se sastoji od pet osnovnih i jednog dodatnog klasifikacionog parametra.
Osnovni parametri se odnose na:
1. Čvrstoću monolitnih delova, izraženu ili jednoaksijalnom čvrstoćom na pritisak ()
ili indeksom čvrstoće (JS);
2. Stepen ispucalosti, definisan preko RQD vrednosti;
3. Srednje rastojanje među diskontinuitetima (LS);
4. Stanje pukotina, koje se odnosi na otvor, vrstu zapune i njenu debljinu, kontinuitet i
hrapavost;
5. Stanje podzemne vode;
6. Korektivni parametar.

Geomehanička klasifikacija prevenstveno je namenjena definisanju podgrade tunela i
drugih podzemnih građevina u građevinarstvu.

Bieniawski je 1989 objavio preporuke za iskop i podgrađivanje tunela na osnovu
vrednosti RMR (tabela 21). Preporuke u tabeli 22 odnose se na tunel potkovičastog
oblika, raspona 10 m koji je iskopan miniranjem u stenskoj masi sa primarnim vertikalnim
naponom < 25 MPa (ekvivalentna dubina < 900 m).

PREPORUKE RMR KLASIFIKACIJE
Za iskop Za podgradu
- Puni profil ili razrada profila
- Koraci napredovanja
- Vreme podgrađivanja
- Sidra
-Mlazni beton
- Čelični lukovi

193/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 21 - vrednosti RMR - opis verzije iz 1989 godine.

Kategorija
stenske mase
Iskop
Sidra (prečnik 20 mm,
adheziona)
Mlazni beton Čelični lukovi
I
Vrlo dobra
stenska masa
RMR: 81-100
Pun profil,
napredovanje 3 m
Načelno nije potrebna podgrada osim mestimičnog sidrenja
II
Dobra stenska
masa
RMR: 61-80
Puni profil, napredovanje
1-,5 m. Kompletna podgrada
20 m od čela iskopa
Mestimično sidrenje svoda.
Sidra dužine 3 m na razmaku
2,5 m. Mestimično čelična
mreža.
50 mm u
krovu po
potrebi
Nepotrebno
III
Povoljna
stenska masa

RMR: 41-60
Iskop u dve faze.
Napredovanje u svodu 1-3
m. Započeti odgrađivanje
nakon svakog miniranja.
Kompletna podgrada 10 m
od čela iskopa
Sistematsko sidrenje u svodu i
zidovima. Sidra dužine 4 m na
razmaku 1,5-2 m.
Čelična mreža u svodu.
50-100 mm
u krovu i 30
mm na
zidovima
Nepotrebno
IV
Slaba
stenska
masa

RMR: 21-40
Iskop u dve faze.
Napredovanje u svodu 1-1,5
m. Započeti podgrađivanje
nakon svakog miniranja.
Kompletna podgrada 10 m
od čela iskopa
Sistematsko sidrenje u svodu i
zidovima. Sidra dužine 4-5 m
na razmaku 1-1,5 m. Čelična
mreža u svodu i zidovima
100-150 mm
u krovu i
100 mm na
zidovima
Lagani do srednji
lukovi na razmaku
1,5 m po potrebi
V
Vrlo slaba
stenska masa

RMR: < 20
Razrada profila,
napredovanje u svodu 0,5-
1,5 m. Podgrađivanje
uporedo sa iskopom.
Nanošenje mlaznog betona
odmah nakon iskopa
Sistematsko sidrenje u svodu i
zidovima. Sidra dužine 5-6 m
na razmaku 1-1,5 m u krovu i
zidovima. Čelična mreža u
svodu i zidovima. Sidrenje
podnožnog svoda.
150-200 mm
u krovu, 150
mm na
zidovima i
50 mm na
čelu
Srednje teški do teški
lukovi na razmaku
0,75 m sa čeličnim
talpama i probijanjem
po potrebi.Zatvaranje
podnožnog svoda.

194/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 22 - RMR-Geomehanička klasfikacija (Rock Mass Rating system) (Bieniawski 1989)

195/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.241:- RMR i vreme stajanja nepodgrađenog objekta

1.2.4.7.3. Preporuke za podgrađivanje tunela

U cilju uspostavljanja veze indeksa Q i potrebne podgrade tunela, Barton i dr. (1974)
definisali su dodatni parametar koji su nazvali ekvivalentnom dimenzijom iskopa, De.
Ova se dimenzija dobija deljenjem raspona, prečnika ili visine tunela sa veličinom koju
su nazvali indeksom podgrade ESR (excavation support ratio). Vrednosti ESR dobijene
su empirijski i prikazane su u tabeli 23.

De =
&#3627408453;&#3627408462;&#3627408480;&#3627408477;&#3627408476;&#3627408475; &#3627408477;&#3627408479;&#3627408466;č&#3627408475;&#3627408470;&#3627408472; &#3627408470;&#3627408473;&#3627408470; &#3627408483;&#3627408470;&#3627408480;&#3627408470;&#3627408475;&#3627408462; &#3627408481;&#3627408482;&#3627408475;&#3627408466;&#3627408473;&#3627408462; (&#3627408474;)
&#3627408440;&#3627408454;&#3627408453;

Tabela 23 - Vrednosti indeksa podgrade (Barton i dr. 1974)
Kategorija iskopa ESR
A Privremeni rudarski otvori 3-5
B
Vertikalna okna:
- kružni presek
- pravougaoni presek

2,5
2,0
C
Stalne rudarske prostorije, hidrotehnički tuneli (nisu uključeni tuneli pod visokim
pritiskom), pilot tuneli, tuneli kod razrade profila za veće iskope
1,6
D
Skladišta, postrojenja za tretman vode, manje značajni putni i železnički tuneli, prilazni
tuneli i slično.
1,3
E Skladišta nafte, mašinske hale, glavni putni i železnički tuneli, skloništa, portali, raskrsnice 1,0
F Podzemne nuklearne centrale, železničke stanice, sportski i javni objekti, fabrike i slično. 0,8

U odnosu na kvalitet stenske mase i ekvivalentnu dimenziju iskopa, Barton i dr (1974)
izdvojili su 38 kategorija iskopa. Godine 1993., Grimstad i Barton objavili su drugi oblik
ovog dijagrama u kome je izdvojeno 9 kategorija stenske mase kako bi ukazali na
povećanu upotrebu mikroarmiranog mlaznog betona, čiji je oblik Q-ESR dijagrama
prikazan je na slici 242.

196/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.242:- Određivanjepotrebne kategorije podgrade zasnovane na Q-indeksu
(Grimstad i Barton,1993)

Barton i dr. (1980) su prikazali dodatne informacije koje se odnose na dužinu sidara,
maksimalni nepodgrađeni raspon i pritisak na podgradu u krovu tunela kako bi se
dopunile preporuke iz 1974.

Danas se najčešće koriste Geomehanička klasfikacija Bieniawskog i Q-klasifikacija
Bartona.

 Dužina sidara u krovu tunela, L:
&#3627408447;=
2+0,15&#3627408437;
&#3627408440;&#3627408454;&#3627408453;

gde je:
- B - širina tunela (m).
- ESR -indeks podgrade (excavation support ratio),
&#3627408454;&#3627408477;&#3627408462;&#3627408475; &#3627408476;&#3627408479; ℎ&#3627408466;&#3627408470;&#3627408468;ℎ&#3627408481; &#3627408470;&#3627408475; &#3627408526;
&#3627408440;&#3627408454;&#3627408453;
.
Na osnovu gornjeg diagrama razlikuje se 9 podgradnih kategorija (1-9):
1. Nepodgrađeni prostor između geotehničkih sidara
2. Mestimično sidrenje čvrstim geotehničkim sidrima
3. Sistematsko sidrenje čvrstim geotehničkim sidrima
4. Sistematsko sidrenje čvrstim geotehničkim sidrima sa 40 do 50 mm
nearmiranog mlaznog betona
5. Mikroarmirani mlazni beton debljine 50 do 90 mm i sidrenje
6. Mikroarmirani mlazni beton debljine 90 do 120 mm i sidrenje
7. Mikroarmirani mlazni beton debljine 120 do 150 mm i sidrenje
8. Mikroarmirani mlazni beton debljine >150 mm sa armiranim lukovima
od mlaznog betona i sidrenje
9. Liveni armirani beton
Na osnovu Q - indeksa takođe je ustanovljena veza i sa RMR klasifikacijom,
deformabilnosti stenske mase pritiskom na podgradni sistem i vezu sa brzinom smičućih
talasa u stenskoj masi (Barton and Grimstad, 1993).

197/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Maksimalni nepodgrađeni raspon:

Maksimalni raspon (nepodgrađeno) = 2 ESR Q
0,4

 Deformabilnost stenske mase:

Polazeći od pretpostavke da za stensku masu važi Coulomb-Mohrov kriterijum čvrstoće,
Bieniawski (1989) je uspostavio vezu između RMR i Coulomb-Mohrovih parametara
(kohezija i ugao unutrašnjeg trenja).

Vrednosti ugla unutrašnjeg trenja i kohezije za pojedine kategorije stenske mase dati su
u tabeli 11. Treba naglasiti da se radi o parametrima granične čvrstoće.

Bieniawski (1989) preporučuje sedeću vezu RMR i modula deformacije:

Estenske mase = 2*RMR-100 (GPa), za RMR>50.

Serafim i Pereira (1983) predložili su odnos između in situ modula deformacije i RMR
klasifikacije Bieniawskog
,GPa

Ovaj odnos dobro odgovara boljem kvalitetu stenske mase. Međutim za mnoge stene
lošijeg kvaliteta, čini se da je prognozirani modul previsok.

U ranijim verzijama Hek-Braunovog opšteg kriterijuma, Hek i saradnici definisali su
zavisnost modula deformacije stenske mase i RMR-a. U poslednjoj verziji ovog
kriterijuma (Hoek, Carranza-Torres i Corkum, 2002), uspostavljaju vezu modula
deformacije stenske mase i indeksa GSI (Geological Strength Indeks) i uvode efekat
oštećenja stenske mase usled miniranja preko faktora (D) na sledeći način:

gde je:
- GSI -Geological Strength Indeks,
- D-faktor zavisan od miniranja, uključuje oštećenje stenske mase, tabela 18,
- σci - normalni naponi na pritisak.

Barton i dr. (1980) naglašavaju i upozoravaju da se deformabilnost stenske mase kreće u
širokom rasponu.

10 log10 Q < Estenske mase< 40 log10Q

Srednja vrednost deformabilnosti stenske mase za Q >1 je

Estenske mase = 25 log10Q,(GPa)

 Pritisak na podgradu

Stalni pritisak na podgradu u krovu tunela:

198/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kada broj skupova diskontinuiteta padne ispod tri, važi sledeći oblik gornje jednačine:

 Q sistem

Q sistem su razvili Barton, Lien i Lunde, 1974 na Norveškom geotehničkom institutu.
Indeks kvalitete stene Q, služi za određivanje kvalitete stenske mase i elmenata
podgradnog sistava u tunelogradnji.
Vrednost indeksa Q varira na logaritamskoj skali u granicama od 0,001 do 1000. Indeks
Q definisan je izrazom:

Ovaj sistem uzima u obzir sledećih šest parametara - parametri obuhvaćeni
klasifikacijom:
1. RQD - Indeks kvaliteta jezgra,
2. Jn - broj prisutnih familija pukotina
3. Jr - hrapavost pukotina
4. Jn - indeks alterisanosti pukotina
5. Jw - faktor redukcije zbog uticaja podzemne vode
6. SRF - faktor redukcije zbog uticaja naponskog stanja

Analizom strukture gornje jednačie, vidi se da je indeks Q funkcija tri parametra:

 RQD/ Jn - Veličine bloka,
 Jr/Ja - Smičuće čvrstoće među blokovima i
 Jw/ SRF - Aktivnog napona.

Prvi član formule (RQD/Jn) se odnosi na veličinu bloka u masivu i strukturu masiva,
drugi član (Jr/Ja) predstavlja hrapavost i svojstva trenja pukotinskih zidova ili zapune,
dok je treći član (Jw/SRF) reprezent naponskog stanja u masivu.

Analiza podataka pokazuje da postoje sličnosti ali i značajne razlike u poređenju
rezultata klasifikacije po RMR ili Q sistemu, što ukazuje da klasifikacije ne treba da se
primenjuju nekritički, naročito ako se rezultati odnose na regione sasvim različitog
geološkog razvoja tokom geološke istorije.

Vrednost klasifikacije GSI, predstavljena posle, može se proceniti iz Q - vrednosti:

uz pretpostavku da je SRF = Jw = 1

199/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 24 - klasifikacija pojedinačnih parametara koji dovode do indeksa Q.

OPIS VREDNOST
1. Indeks kvaliteta jezgra RQD RQD
A vrlo slaba 0-25
B slaba 25-50
C povoljna 50-75
D dobra 75-90
E odlična 90-100
Napomena: • Kada se izmeri RQD<10 (uključujući i 0) kod izračunavanja vrednosti Q uzima se da je RQD=10
Dovoljno je tačno da se RQD izrazi u intervalima od 5 (100; 95, 90 i.t.d)
2. Boj familija pukotina (J) Jn
A. masivna stena bez ili sa nekoliko pukotina 0,5-1,0
B. jedna familija pukotina 2
C. jedna familija pukotina i slučajne pukotine 3
D. dve familije pukotina 4
E. dve familije pukotina i slučajne pukotine 6
F. tri familije pukotina 9
G. tri familije pukotina i slučajne pukotine 12
H. četiri ili više familija pukotina, slučajne
pukotine, jako ispucale stene
15
J. razdrobljena stena slična zemlji 20
Napomena: • Na raskrsnicama tunela koristi (3,0*Jn)
• Za portale koristi (2,0*Jn)
3. Indeks hrapavosti pukotine Jr Jr
a) kontakt zidova pukotina i b) kontakt zidova pukotine pre smicanja od 10 cm
A diskontinuirane pukotine 4
B hrapave ili nepravilne pukotine, talasaste 3
C glatke, talasaste 2
D klizave talasaste 1,5
E hrapave ili nepravilne, ravne 1,5
F glatke, ravne 1,0
G klizave, ravne 0,5
Napomena:• Opis se odnosi na malu i srednju skalu posmatranja
c) nema kontakta zidova pukotina pri smicanju
H glinovita mineralna ispuna dovoljne debljine da spreči kontakt zidova pukotine 1,0
J peskovita, šljunčana ili zdrobljena ispuna dovoljne debljine da spreči kontakt zidova
pukotine
1,0
Napomena: • Dodaj 1,0 ako je srednji razmak kod merodavnog skupa pukotina veći od 3 m
• Jr = 0,5 za planarne pukotine koje imaju izraženu lineaciju
• Jr i Ja klasifikacija primenjena je an skup diskontinuiteta koji je najnepovoljniji za
stabilnost sa gledišta orijentacije i smičuće čvrstoće, τ (τ~tan-1(Jr/Ja)
4. Indeks alteracije (trošenja) pukotina Ja Ja
Približni rezidualni
ugao unutrašnjeg
trenja, (
0
)
a) kontakt zidova pukotina (nema mineralne ispune, samo prevlaka (coating)
A zbijena, zapunjena, čvrsta pukotina, nerazmekšavajuća, nepropusna ispuna 0,75 -
B nepromenjen zid pukotine, površina samo sa mrljama 1,0 25-35
0

C neznatno promenjeni zid pukotine. Nerazmekšavajuća mineralna prevlaka peskovite čestice,
dezintegrisana stena bez gline itd.
2,0 25-30
0

D prašinasta ili peskovito-glinovita prevlaka, mali deo glinene frakcije 3,0 20-25
0

E prevlaka od glinenih materijala, meka ili sa niskim uglom trenja (diskontinuirana prevlaka, 1-
2mm ili manje debljine)
4,0 8-16
0

200/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

b) kontakt zidova pukotine pre smicanja od 10 cm (tanka mineralna ispuna)
F peskovite čestice, dezintegrisana stena bez gline itd 4,0 25-30
0

G
jako prekonsolidovana nerazmekšavajuća glinovito mineralna ispuna (neprekinuta, <5mm
debljine)
6,0 16-24
0

H
srednja ili mala prekonsolidacija, razmekšana glinovita mineralna ispuna (neprekinuta <5mm
debljine)
8,0 12-16
0

J
bubriva glinovita ispuna tj. montmorilonit (neprekinuta <5mm debljine). Vrednosti Jazavise od
postotka bubrivih glinovitih čestica, pristupu vode itd.
8,0-12,0 6-12
0

c) nema kontakta zidova pukotina pri smicanju (debela mineralna ispuna)
K,L,M
zone ili pojasevi dezintegrisane ili zdrobljene stene i gline (vidi G, H i J za opis uslova u
pogledu gline)
6,8, ili 8-12 6-24
0

N zone ili pojasevi prašinaste ili peskovite gline, mala frakcija gline (nerazmekšavajuća) 5,0 -
O,P,R debela neprekinuta zona ili pojas gline (vidi G,.H i J za opis uslova u pogledu gline) 10, 13. ili 13-20 6-24
0

Napomene: • Rezidualni ugao trenja odnosi se na produkte alteracije ako postoje
5. Faktor pukotinske vode JW JW
Približni
pritisak
vode (bara)
A suvi iskop ili manji priliv (dotok <5 l/min, lokalno) 1,00 <1
B srednji priliv ili pritisak (ispuna ponegde isprana iz pukotina) 0,66 1,0-2,5
C veliki priliv ili visok pritisak vode u zdravoj steni (pukotine bez ispune) 0,50 2,5-10,0
D veliki priliv ili visok pritisak vode, značajno ispiranje ispune pukotina 0,33 2,05-10,0
E iznimno veliki priliv ili pritisak vode kod miniranja, opada sa vremenom 0,2-0,1 >10
F izuzetno veliki priliv ili pritisak vode koji se nastavlja bez primetnog opadanja 0,1-0,05 >10
Napomena: • Faktori od C do F su grubo određeni. Povećaj Jw ako je ugrađena drenaža
• Nije razmatrano smrzavanje vode.
6 Faktor redukcije napona SRF SRF
a) oslabljene zone sijeku iskop što može uzrokovati rastresanje stijenske mase pri iskopu
A
učestala pojava rasednih zona koje sadrže glinu ili hemijski raspadnutu stenu, vrlo rastrešena okolna stena (na
svim dubinama)
10,0
B jedna rasedna zona koja sadrži glinu ili hemijski raspadnutu stenu (dubina iskopa ≤ 50 m) 5,0
C jedna rasedna zona koja sadrži glinu ili hemijski raspadnutu stenu (dubina iskopa ≥ 50 m) 2,5
D učestale rasedne zone u zdravoj steni (bez gline) rastrešena okolna stena (sve dubine) 7,5
E jedna rasedna zona u zdravoj steni (bez gline, dubina iskopa ≤ 50 m) 5,0
F jedna rasedna zona u zdravoj steni (bez gline, dubina iskopa > 50 m) 2,5
G rastrešene otvorene pukotine, jaka ispucanost itd. (sve dubine) 5,0
Napomena: • Redukuj ove vrednosti SRF-a za 25-50% samo ako relevantne smičuće zone ne presecaju iskop
b) Zdrava stena, problemi napona σC/σ1 σθ/σ1 SRF
H niski naponi, blizu površine >200 >13 2,5
J srednji naponi 200-10 13-0,66 1,0
K
visoki naponi, vrlo zbijena struktura (obično povoljna za stabilnost, može biti
nepovoljna za stabilnost zidova)
10-5 0,66-0,33 0,5-2,0
L gorski udari slabog intenziteta (masivna stena) 5-2,5 0,33-0,16 5,0-10,0
M gorski udari jakog intenziteta (masivna stena) <2,5 <0,16 10,0-20,0
Napomena:
Za jako anizotropno polje napona (ako je izereno):
• kada je 5 ≤ σ1/σ3≤ 10, redukovati σC na 0,75 σC
• kada je σ1/σ3> 10, redukovrati σC na 0,5 σC
σc - Jednoaksijalna pritisna čvrstoća
σ1 i σ3 -Veći i manji glavni naponi
σθ - maksimalni tangencijalni naponi (izračunati po teoriji elastičnosti)

U slučajevima kad je debljina nadsloja manja od širine raspona tunela, SRF treba povećati od 2,5 na 5 (vidi H)
Slučajevi L,M i N su najrelevantniji za projektovanje podgrade dubokih tunela u čvrstim masivnim stenskim masama, sa RQD /Jn
odnosom od oko 50 do 200.
c) zgnječena stena: plastični tok stene pod uticajem visokog napona SRF
N slab pritisak zgnječene stene 5,0-10,0
O jak pritisak zgnječene stene 10,0-20,0
Napomena:
• Može doći do gnječenja stene (squeezing) na dubinama H > 350 Q
1/3
prema Singhu J. 993. Pritisna čvrstoća stenske mase može se
odrediti iz izraza SIGMA cm ~5 γ Qc
1/3
(MPa) gde je γ = gustina stene u t /m
3
, i Qc = Q x σc/100, Barton, 2000
d. bubriva stena, intenzitet zavisi od raspoložive vodi SRF
P slab pritisak bubrive stene 5,0-10,0
R jak pritisak bubrive stene 10,0-15,0

201/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Veza Q i brzine P- talasa

Vrednost indeksa Q može se grubo odrediti iz brzine P talasa

gde je: Vp - brzina P talasa (uzdužni talas) (m/s)

 Veza Q-sistema i RMR klasifikacije

Vrednost indeksa - RMQ je: &#3627408452;=
&#3627408453;&#3627408452;&#3627408439;
??????
&#3627408475;
&#3627408485;
??????
??????
??????
&#3627408462;
&#3627408485;
??????
&#3627408484;
&#3627408454;&#3627408453;&#3627408441;

Najpoznatija korelacija RMR i Q sistema je:

RMR=9 logeQ+44 ili RMR = 9 lnQ + 44

Ovu jednačinu treba shvatiti kao grubu aproksimaciju.

Na osnovu 111 analiziranih slučajeva, uspostavljena je korelacija između klasifikacija
Bartona i Bieniawskog, koja se predstavlja sledećom formulom:
RMR = 9 lnQ + 44

Sl.243:-Korelacija između klasifikacija Bieniawskog i Bartona, za neke svetske
lokalitete.

202/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.5.Tehnike - sistemi ojačanja stenske mase

1.2.5.1. Prenos opterećenja u sistemu ojačanja

Način prenosa opterećenja u sistemu ojačanja stenske mase predstavlja osnovu za
shvatanje ponašanja sistema ojačanja i pojedinih elemenata i uticaj na stabilnost iskopa u
ojačanoj stenskoj masi. Koncept prenosa opterećenja može se prikazati pomoću tri
osnovna mehanizma (Windsor, 1996):
1. Pomaci u steni i prenos opterećenja sa nestabilne zone na element ojačanja,
2. Prenos opterećenja sa nestabilnog područja na unutrašnje stabilno područje u
stenskoj masi preko elementa ojačanja i
3. Prenos opterećenja sa elementa ojačanja na stabilnu stensku masu.
Navedeni mehanizmi predstavljaju kritične aspekte u projektovanju sistema ojačanja
stenske mase (Hanna, 1982).

Štapna i geotehnička sidra predstavljaju sisteme ojačanja, pri čemu se sistem ojačanja
sastoji od četiri osnovna elementa (Windsor, 1996), slika 244:
1.Stenska masa,
2.Element sistema ojačanja,
3.Unutrašnja veza elementa ojačanja i stenske mase i
4.Spoljna veza elementa ojačanja i stenske mase.

Sl.244:- Osnovni elementi sistema ojačanja stenske mase (Windsor, 1996)

Svaka od komponenti ojačanja stenske mase uključena je u dve interakcije prenosa
opterećenja. Koncept sistema ojačanja izuzetno je važan s obzirom da je ukupno
ponašanje sistema ojačanja određeno ponašanjem odvojenih interakcija između pojedinih
komponenti sistema. Koncept sistema glavnih komponenti ojačanja predstavlja osnovu
za razumevanje mehanizma ojačanja stenske mase, laboratorijskog i in situ ispitivanja
mehaničkih karakteristika sistema ojačanja i odgovarajućih karakteristika ugradnje
ojačanja.
Nove tehnike sidrenja kao i pojava mlaznog betona, revolucionarno su promenile načine
i metode građenja podzemnih objekata. Problemi i skustvo tokom izrade - iskopa
železničkih tunela u Alpima krajem 19 i početkom 20 veka “izrodili” su stvaranje nove
filozofije u tunelogradnji koja se naziva Nova Austrijska Tunelska Metoda - New Austrian
Tunneling Method (NATM).
 NATM nije metoda ako pod metodom podrazumevamo tehnologiju gradnje koja se
može prikazati šemom iskopa i nacrtima podgrade.
 NATM nije vezana za neku proceduru iskopa i podgrađivanja.
 NATM je generalni koncept odnosno filozofija tunelogradnje. Ona je postupak gradnje
tunela zasnovan na naučno utvrđenim i u praksi potvrđenim idejama i principima,
kako bi se mobiliziacijom kapaciteta stenske mase ostvarila optimalna sigurnost i
ekonomičnost.

Većina tunela u svetu (pa i u Srbiji i bivšoj Jugoslaviji) u novije vreme izvedena su u
skladu sa principima NATM-a.

203/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Osnovna načela NATM-a su:

I. Zadržati čvrstoću stene
- Izbeći nepoželjno oslabljivanje (rastresanje) stene pažljivim iskopom i trenutnom
primenom podgrade i očvrščavanja.

II. Zaobljeni oblici preseka
- Izbegavati koncentracije napona u uglovima u kojima počinje progresivni lom.

III. Popustljiva tanka podgrada
- Primarna podgrada treba biti fleksibilna da bi se smanjili momenti savijanja i da bi
se olakšao proces preraspodele napona, a da se podgrada ne izlaže nepovoljnim
unutrašnjim silama (momentima).
- Potrebu dodatnog podgrađivanja ne treba ostvarivati podebljavanjem podgrade nego
sidrenjem.
- Podgrada mora biti u potpunom kontaktu sa vidljivom stenom.
Mlazni beton zadovoljava taj zahtev.

IV. Merenja in-situ
- Opažanje ponašanja tunela za vreme gradnje je integralni deo NATM.
- Praćenjem i interpretacijom deformacija i napona mogu se optimalizovati radni
postupci i potrebe podgrađivanja.
V. Koncept NATM je kontrola deformacija odnosno procesa preraspodele napona da
bi se garantovao traženi stepen sigurnosti.

VI.Treba pravovremeno ugraditi podgradu (ne prerano niti prekasno) i odgovarajuće
dozirati stenski pritisak ugradnjom ne prekrute i ne preslabe podgrade.

VII.Treba tačno proceniti specifični vremenski uticaj masiva. U kvalitetnoj stenskoj masi
tunel može duže ostati nepodgrađen. U stenskoj masi lošeg kvaliteta tunel treba
odmah podgraditi.

1.2.5.2. Primarna i sekundarna podgrada tunela

Termin podgrada (support) često se koristi za opis procedura i materijala koje se koriste
za poboljšanje stabilnosti i održavanje samonosivosti stenske mase u blizini granica
podzemnog iskopa. Osnovni cilj i svrha podgrađivanja je mobilizacija i konzervisanje
čvrstoće stenske mase tako da ona postane samonosiva (self-supporting). Iz daljeg
izlaganja videće se da izraz podgrada nije adekvatan za opis primarne podgrade. Naime,
bilo bi korektnije da procedure i materijali korišćeni u ovom slučaju opisati kao
armiranje (reinforcement). Termin podgrada (support) može biti pogodniji za slučajeve
kada je stenska masa stvarno podgrađena (supported) konstruktivnim elementima koji
podnose, u celini ili delimično, težinu individualnih stenskih blokova izdvojenih
diskontinuiteta ili nose čitave zone rastrešene stenske mase.

Primarna podgrada ili armiranje (primary support or reinforcement) primenjuje se za
vreme ili odmah nakon iskopa kako bi se osigurali sigurni radni uslovi tokom kasnijeg
iskopa, i inicirao proces mobilizacije i konzervacije čvrstoće stenske mase na način da se
kontroliše pomeranje granica iskopa.

Dakle, primarna podgrada tunela i ostalih podzemnih prostorija bitan je element
sigurnosti iskopanog profila. Ugrađuje se neposredno nakon iskopa punog (celog) profila
ili dela profila i mora osigurati stabilnost podgrađene stene ili tla (stenske mase) tokom
daljeg napredovanja iskopa, i odgovorna je za sigurnost ljudi i opreme. Savremena
konstrukcija podgrade sastoji se od slojeva mlaznog betona, eventualno armiranog

204/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
mrežama, od sidara, a u slučaju težih geotehničkih uslova primeniće se i puni ili rešetkasti
čelični lukovi, probojna podgrada ili posebni zahvati kao što je na primer cevni krov -
„kišobran“, zaštita kalote i bokova normalnim odnosno mlaznim injektiranjem ili
armiranje ispred čela.

Ma koliko god je podgrađivanje osnovni element stabilnosti iskopanog profila, toliko je
važna i korektna statička kontrola stabilnosti te konstrukcije, ili tačnije rečeno spregnute
strukture, koja se sastoji od stene neposredno uz otvor i ugrađenih konstruktivnih
elemenata. Verovatno ni jedna druga konstrukcija nije opterećena sa toliko teško
odredivih faktora od kojih zavisi stabilnost konstrukcije kao što je to upravo primarna
podgrada podzemnih prostorija.

Sl.245:- Elementi primarne podgrade - sidra i mlazni beton

Primarna podgrada ili armiranje predstavlja jedan deo ukupne podgrade ili armiranja koje
je potrebno (nekada primarna podgrada ili armiranje u celosti predstavlja ukupnu
podgradu). Svaka dodatna podgrada ili armiranje primenjena u kasnijoj fazi naziva se
sekundarnom. U rudarstvu se podgrada nekada deli na privremenu (temporary) i stalnu
(permanent). Često se privremena podgrada, delimično ili u celosti, uklanja pre ugradnje
stalne podgrade.

U tehničkoj literaturi u većini zemalja Sveta pod primarnom podgradom podrazumevaju
se svi ugrađeni elementi koji stabilizuju tunel - iskop (sidra, mlazni beton, čelični lukovi
i sl.).

Sl.246:- Tri ključne funkcije stenske podrške - podgrade (ojačati, zadržati i nositi - držati): Ojačati -
držati slomljenu stenu zajedno; Zadržati (podgraditi) - kako bi se sprečilo razbijanje slomljene stene;
Držati - da bi vezali sistem za podršku koji se sastoji od komponenti za pričvršćivanje i armiranje
(nazad) na stabilno tlo,(Kaiser i sar., 1996).
Posle delimične (ili ne) dorade profila i postavljanja hidroizolacije tunela (objekta),
ugrađuje se sekundarna betonska obloga koja može biti armirana ili nearmirana.

205/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ova terminologija usvojena je i kod nas pa će se u nastavku pod primarnom i
sekundarnom podgradom podrazumevati ovi elementi tunela.

1.2.5.2.1. Elementi primarne podgrade su:
1- Steska masa
2 - Mlazni beton
3 - Čelične mreže
4 - Čelični lukovi
5 - Sidra

Mlazni beton se upotrebljava za sprečavanje rastresanja stene i kao podgradni element

 Obloga od mlaznog betona zatvara pukotine u steni, sprečava ispadanje blokova stene
iz kalote i bokova i time pojavu progresivnog loma,
 Vezanjem za stenu poboljšava mehanički kvalitet stene i sprečava redukciju njene
čvrstoće,
 Za izgradnju primarne podgrade i sekundarne obloge tunela može se umesto
normalnog mlaznog betona primeniti mikroarmirani mlazni beton (MAMB)
primenom čeličnih ili polipropilenskih vlakana definisanih karakteristika.

Čelične zavarene mrežeupotrebljavaju se u kombinaciji sa mlaznim betonom.
Uobičajeno se primenjuju mreže "Q" i "R".
 Kod većih debljina mlaznog betona (> 25 cm) primenjuje se dvostruka mreža.

Čelični lukovi

 U slaboj steni potrebni su čelični lukovi. Ti lukovi podgrađuju iskop zajedno sa
armiranim mlaznim betonom kao elastična podgrada i sprečavaju rastresanje stene.
 Postavljaju se neposredno nakon iskopa ako nema izgleda da će lagana podgrada
zaustaviti napredovanje deformacija stene.
Sidra

 Sidra su osnovni podgradni element sa kojim se poboljšavaju fizičke i mehaničke
karakteristike stene oko iskopa.
 Ugrađuju se sistemski kao deo standardnog podgradnog sistema.
 Broj sidara, njihova dužina, nosivost i raspored zavise od kvaliteta stene, veličine i
oblika poprečnog preseka i dužine napredovanja
 Uloga pojedinačnog sidrenja je da sanira lokalne pojave nestabilnosti i smanjuje
mogućnost geoloških odvala stenske mase.
 Uloga sistematskog sidrenja je povećanje ili održavanje čvrstoće stenske mase i
ravnomerna raspodela opterećenja oko podzemnog iskopa.

 Delovanje sidara u stenskoj masi može se opisati kao:
1- Dodatni unutrašnji pritisak na granici iskopa,
2 - Poboljšanje karakteristika stenske mase,
3 - Pridržavanje nestabilnih blokova,
4 - Povezivanje slojeva uz povećanje smičuće čvrstoće u diskontinuitetima i
5 - Formiranje nosivog svoda od stene ojačane sidrima.

206/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 247:- Elementi primarne podgrade - sidra i mlazni beton

 Posebne mere podgrađivanja tunelskog iskopa su:
1. Čelična koplja
2. Cevni kišobran (Pipe roof)
3. Mlazno injektiranje (Jet grouting)
4. Iskop pod komprimovanim pritiskom
5. Zamrzavanje tla i stene
6. Odvodnjavanje
⃰ Detaljnije o sidrima se može pronaći u:
Stenska masa, sidra, mlazni beton, čelične mreže, čelični lukovi

1.2.5.2.2. Sekundarna podgrada - obloga
 Sekundarna tunelska obloga izvodi se od armiranog betona nakon završetka
primarne tunelske podgrade. Između primarne podgrade i sekundardne obloge
postavljaju se slojevi hidroizolacije.
 Usprkos tome, sekundarna obloga konstruktivno deluje sa primarnom podgradom kao
spregnuta konstrukcija, a njihov spoj se posmatra kao čvrsta veza.
 Prema osnovnim postavkama tunelogradnje primarna tunelska podgrada služi za trajno
osiguranje tunelskog profila i u interakciji sa stenskim masivom mora preuzeti
celokupno opterećenje.

Sl. 248:-Sekundarna tunelska obloga

 U skladu sa tim sekundarna tunelska obloga ne preuzima nikakvo značajnije
opterećenje.
 Međutim, merenja deformacija u sekundarnim oblogama izvedenih tunela pokazala su
znatne priraste napona i deformacija za vreme eksploatacije. Stalnim merenjem
deformacija sekundarne obloge u ekploataciji moguće je baždariti proračunske modele
i znatno unaprediti razumevanje kompleksnog stanja napona i deformacija u kojem se
ona nalazi.

207/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.5.2.3.Injektiranje šupljina u svodu

Deformacije sekundarne obloge izazvane sopstvenom težinom i skupljanjem betona
mogu prouzrokovati pojavu šupljine u svodu tunela između primarne podgrade i
sekundarne obloge.
Da bi se uspostavio ponovni kontakt, nužan za stvaranje kompaktnog konstruktivnog
sistema, izvodi se kontaktno injektiranje kroz otvore ostavljene u svodu sekundarne
obloge,16,17 i 18 sl..

Sl. 249:-Kontaktno injektiranje - linija kontaktnog injektiranja

Primarna podgrada ili armiranje, najčešće sadrže sledeće konstruktivne elemenate:
• stenska sidra (aktivna i pasivna),
• kablove,
• armirani mlazni beton,
• čelične lukove (punog profila ili rešetkaste),
• cevni kišobran (piperoof),
• beton u segmentima.
Sekundarna podgrada, najčešće sadrži sedeće konstruktivne elemente:
• armirani ili nearmirani beton,
• prefabrikovane betonske elemente,
• čelične segmente - remenate,
• dodatno armiranje.

Sekundarna podgrada ima više funkcija:
• pridržava hidroizolaciju,
• daje tunelu aerodinamički profil,
• preuzima deo napona stenske mase u slučaju procene da primarna podgrada
neće u potpunosti stabilizovati stensku masu.

Nažalost, postoje slučajevi kada se ne može upotrebiti primarna podgrada već se ugrađuje
jedinstvena podgrada koja ima funkciju i primarne i sekundarne podgrade. Ovaj slučaj se
javlja kada se iskop vrši u materijalima sa izrazito niskom čvrstoćom koji se ne mogu
stabilizovati osim podgradom koja na sebe preuzima ukupna opterećenja (ukupne
primarne napone). Obično se u ovim slučajevima koristi podgrada od prefabrikovanih
elemeneta a nekada se koristi i podgrada od betona koji su ugrađuje na licu mesta.

208/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Elementi podgrade ugrađuju se u iskop sa ciljem da se ograniči pomeranje konture
iskopa na dozvoljenu vrednost. Kao elementi podgrade najčešće se koriste prskani beton,
čelični okviri, liveni beton, prethodno izrađeni betonski blokovi itd. Treba napomenuti da
prvi tanki sloj prskanog betona, ne ubraja se u elemente podgrađivanja, jer on služi samo
za zaštitu površine stenskog masiva i sprečavanje ispadanja malih blokova.

Kao elementi podgrade najčešće se koriste mlazni beton veće debljine, čelični lukovi,
betonska podgrada od livenog betona ili prefabrikovani elementi...
Podgrada ne povećava direktno čvrstoću stenske mase, ali ograničava njenu
dezintegraciju koja bi se desila da pomak konture nije ograničen na dozvoljenu vrednost.

Podgrađivanje profila iskopanog podzemnog objekta treba se vršiti najvećom mogućom
brzinom, kako bi se skratilo stajanje nepodgrađenog profila i potencirale negativne
karakteristike povećanja rastresene zone oko iskopanog profila.

U savremene metode podgrađivanja nestabilnih iskopa podzemnih objekata spadaju:
- podgrađivanje sidrenjem (ankerisanjem),
- podgrađivanje ankerovanjem, čeličnom mrežom i prskanim betonom (torkretom),
- podgrađivanje metalnim remenatama,
- podgrađivanje čeličnim limovima, npr. sistemom „Bernold“,
- podgrađivanje izradom betonske obloge i potpornih zidova i
- podgrađivanje kombinovanim podgradama.
Vrsta, konstrukcija i dimenzija podgrade zavise od:
-inženjersko-geoloških karakteristika stenskih masa kroz koje i u koje se podzemni
obekat gradi,
- intenziteta i rasporeda podzemnih pritisaka,
- metode izrade objekta i
- od vremenskog intervala između iskopa i definitivnog oblaganja (podgrađivanja)
profila.
Važno je napomenuti da tanak sloj mlaznog betona koji se ugrađuje radi zaštite površine
stenske mase ili za sprečavanje ispadanja manjih blokova, ne pripada elementima za
podgrađivanje, već se smatra elementom armiranja- pomoćni element stabilizacije.

Posebne mere podgrađivanja tunelskog iskopa su:
1. Čelična koplja,
2. Cevni kišobran (Pipe roof),
3. Mlazno injektiranje (Jet grouting),
4. Iskop pod komprimovanim vazduhom,
5. Zamrzavanje tla i stene (freezing) i
6. Odvodnjavanje (dewetaring).

Sl.250: -Posebne mere podgrađivanja tunelskog iskopa -„cevni kišobran“(Pipe roof),

209/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.251: - Posebne mere podgrađivanja tunelskog iskopa - primena više vrsta podgrade

Sl.252:- Iskop pod zaštitom cevnog kišobrana i ankera
Sl.253:- Projektni parametri na čelu iskopa. Žuta zona - ugrađene cevi „kišobrana“ po profilu iskopa.
Levo - poprečni presek, desno - uzdužni presek tunela (Oke i sar., 2014).

Sl. 254:-Progresivno obezbeđenje svoda tunela u nekoherentnom tlu injekcionim bušotinama - mlazno
injektiranje
Sl.255:- Projektni parametri i pregled promenljivih. Levo - poprečni presek, desno - uzdužni profil
(Song i sar., 2013).

210/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 256:- Iskop suprotan smeru pada slojeva (levo). Iskop u istom smeru kao i pad slojeva (desno)
,Johannsson, 1997.

Sl.257:- Sistemsko sidrenje u krovu tunela, Norconsult, 2009.

Sl.258:- Obezbeđenje svoda tunela u nekoherentnom tlu injekcionim bušotinama - mlazno injektiranje

211/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 25 -Mere podgrađivanja tunelskog iskopa

Važno:
Cilj inženjerskog zahvata ne treba biti eliminisanje ova tri efekta već njihovo
kontrolisanje.

1. Čelična koplja
2. Cevni kišobran
(Pipe roof)

3.Mlazno injektiranje
(Jet grouting)

4. Iskop pod
komprimovanim
vazduhom

5. Zamrzavanje tla i
stene

6. Prednapregnuto
geotehnično sidro
povezavo sa
označenim šipkami

7. Injektiranje
ankerske podgrade

212/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.6. Strategija stabilizacije

Efekti iskopa (pomeranja, promene napona i sl.) i optimalna strategija stabilizacije koja
bi ih objasnila ne bi trebalo pokušavati da održe prvobitne uslove (npr. postavljanjem
masivne podgrade ili ojačanja i hidrauličnim zaptivanjem celog iskopa). Kako se
pomeraju mere, inženjerska procena može utvrditi da im se može dozvoliti da se u
potpunosti razvije ili da se kasnije kontroliše.

Ojačanje: primarni cilj je mobilisanje i očuvanje inherentne jačine stenske mase tako da
postane samonosiva.

Podrška: osnovni cilj je da stvarno podrži stensku masu strukturnim elementima koji
nose, u celosti ili deo, težine pojedinačnih kamenih blokova izolovane diskontinuitetom
ili zonama rastresene stene.

Zato nikada ne treba pokušati da se postigne nulto pomeranje uvođenjem što je moguće
čvrstog sistema podgrade - to nikada nije moguće a izazvaće nepotrebno visoke pritiske
podgrade. Podgrada treba da bude u skladu sa uslovima na terenu, što rezultuje
postizanjem optimalne ravnoteže.

Proces loma stene je ekstremno kompleksan i ne može se prikazati jednostavnim
modelom. Za rešavanje inženjerskih problema neophodno je predvideti dali postoje
uslovi za lom i kada će se on desiti. Naponi su tradicionalno smatrani uzrokom a
deformacije posledicom pri ispitivanju stena.

1.2.6.1. Koncept sistema ojačanja

Dakle, za stabilizaciju stenske mase mogu se primeniti sledeća dva načina:
- Sidrenje stenske mase i
- Podgrađivanje stenske mase.

1.2.6.1.1. Koncept sistema ojačanja - sidrenje stenske mase

Sl.259:- Armiranje stenske mase sidrenjem i podgrađivanje izradom betonske obloge i potpornog zida

213/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.6.1.2. Stenska sidra i kablovi - detaljnije u delu 1.2.7.
Armiranje stenske mase sidrima i kablovima je najefikasniji i najekonomičniji način za
podgrađivanje iskopa u rudarstvu i građevinarstvu. Koristi se za kontrolu svih tipova
nestabilnosti izuzev u ekstremno slabom i mekom tlu.

Stensko sidro (rock bolt) - element za armiranje obično formiran od punog ili cevnog
čeličnog profila koji se ugrađuje u stensku masu sa ili bez prednaprezanja.

Kablovsko sidro (cablebolts) - element za armiranje obično formiran od čeličnih žica
koji se ugrađuje u stensku masu sa ili bez prednaprezanja.

Prednosti stenskih sidara:
• mogu se koristiti kod bilo koje geometrije iskopa,
• jednostavno i brzo se ugrađuju,
• relativno jeftina,
• ugradnja može biti potpuno mehanizovana,
• raspored i dužina mogu se tokom ugradnje menjati zavisno od lokalnihm prilika,
• jednostavno se kombinuju sa drugim načinima podgrađivanja (mlazni beton, čelična
pletiva, betonske obloge i dr.).

Klasifikacija stenskih sidara:
Zavisno od toga dali se sidro tokom ugradnje prednapreže ili ne, razlikujemo:
• aktivna (prednapregnuta),
• pasivna (neprednapregnuta).

1.2.6.2. Teorijske osnove

Sistem ojačanja stenske mase sidrenjem - sidrima (ankerima) ugrađenim u stenski masiv,
ima zadatak da učvrsti nestabilne komade stena i poveća nosivost dela stenskog masiva
koji okružuje podzemnu prostoriju. Ovako ugrađena sidra u jednu celinu čine
stabilizovani sloj stenske mase - „viseću podgradu“. Osnovni element viseće podgrade
je sidro, čiji su konstrukcija i mehanizam dejstva prikazani na slici 260.

Sl.260:- Ugrađena sidra u jednu celinu - stabilizovani sloj stenske mase - „viseća podgrada“.

Elementi sidrenja su sidra različitog tipa (detaljnije u podeli sidara).

214/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 261:- Šematski prikaz sidra (a) i mehanizma dejstva sidra (b):1-kotva, 2-šipka sidra, 3-noseća
ploča,4-navrtka, 5-bušotina,6-zona dejstva kotve, 7- zona dejstva sidra.

Sl.262:- Raspodela napona u ankeru i na kontaktu ankera i tla

Sl.263:- Aktivno i otporno područje unutar objekta od armiranog tla i raspodela napona - šematski
položaj maksimalnih zateznih sila „eksera“,izmenjeno Byrne i dr., 1998

215/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.264:- Raspodela napona u ankeru i na spoju ankera, injekcione mase i stenske
mase - tla; koordinatni sistem pojedinačnog stenskog sidra (ankera).

Postupkom sidrenja stenske mase poremećeni masiv od razdrobljene zone prelazi u
noseću zonu, konkretnije diskontinuirani stenski masiv počinje se ponašati kao
kontinuum. Sidrenje stenske mase je i jedna od metoda podgrađivanja iskopa, kako na
površini (kosine, sanacia labilnih stenskih masa, kamenih blokova), tako i podzemnih
objekata.

Sl.265:- Armiranje stenske mase sidrenjem – dejstvo zateznog ankera na okolnu stenu

216/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.266:- Šematski prikaz načina delovanja ankerske podgrade kao sistema armiranja stenske mase:
a) sistem vešanja, b) sistem utezanja (prednaprezanja).

U prvom slučaju sidra se koriste za ''prikivanje'' - vešanje nestabilnih delova, ili većih
blokova stenske mase, uz stabilnu zonu, slika 266a.

U drugom slučaju, uz pomoć sidara, u jednoj užoj zoni oko podzemne prostorije, vrši se
''utezanje'' - prednaprezanje dela stenskog masiva, čime se stvara jedna zona, koja je
sposobna da na sebe primi opterećenje sa strane stenskog masiva, slika 266b.

a)

b)

c)

Sl.267:- Šematski prikaz načina delovanja ankerske podgrade kao sistema armiranja stenske mase:
a) sistem ankerisanja ispadajućeg klina iz oporca i ankerisanje svoda, b)sistem osiguranja kosina
mlaznim betonom i ankerima i c) dejstvo ankera pri armiranju stenske mase - u iskopu.

217/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Štapna i geotehnička sidra predstavljaju sisteme ojačanja, pri čemu se sistem ojačanja
sastoji od četiri osnovna elementa (Windsor, 1996), sl.268.
0. Stenska masa
1. Element sistema ojačanja
2. Unutrašnja veza elementa ojačanja i stenske mase
3. Spoljna veza elementa ojačanja i stenske mase.

Sl.268:- Osnovni elementi sistema ojačanja stenske mase (Windsor, 1996)

Svaka od komponenti ojačanja stenske mase uključena je u dve interakcije prenosa
opterećenja. Koncept sistema ojačanja izuzetno je
važan s obzirom da je ukupno ponašanje sistema
ojačanja određeno ponašanjem odvojenih interakcija
između pojedinih komponenti sistema. Koncept
sistema glavnih komponenti ojačanja predstavlja
osnovu za razumevanje mehanizma ojačanja stenske
mase, laboratorijskog i in situ ispitivanja mehaničkih
karakteristika sistema ojačanja i odgovarajućih
karakteristika ugradnje ojačanja.

Sl.269:- Koncept preuzimanja sile u sidru

218/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 270:- Šema injektiranog sidra u stenskoj masi

Zatezni kapacitet stenskog ankera s obzirom na način loma

Kod dimenzionisanja sidra potrebno je proveriti svaki od navedenih uslova. Posebno je
potrebno proveriti i globalnu stabilnost cele konstrukcije koja je pridržana sa sidrima.

Sl. 271:- Zatezni kapacitet stenskog ankera s obzirom na način loma (tensile capacity of
rock anchors with respect to failure modes)

219/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7. Sidra (ankeri) - način prenosa sile u tlo

1.2.7.1. Proračun sidra

Sidra ili ankeri su konstruktivni elementi u obliku čeličnih štapova ili kablova, koji imaju
statičku funkciju. Ugrađuju se u bušotinu. Po pravilu, ankeri preuzimaju opterećenje od
stenske mase ili tla, ili se putem ankera sile unose u stensku masu i time se postiže korisno
prednaprezanje.

Uloga sidara u zaštitnoj konstrukciji je da sile koje primi od podgradne konstrukcije
prenese u tlo preko sidrene deonice koja mora biti dovoljno čvrsta da ne pukne, ali i da
drži podgradnu konstrukciju privremeno dok traje iskop građevinske jame i izgradnja
objekta ili trajno i nakon završetka izgradnje građevinskog objekta. Kada u zaštitnoj
konstrukciji ne bi bila sidra (geotehnička sidra) kao deo nje, došlo bi do popuštanja
podgradne konstrukcije i urušavanja kontura građevinske jame, ali i zagatna stena bi
morala biti dimenzionisana tako da se pobija na puno veće dubine i da talpe budu puno
deblje.
Sidra su građevine opterećene na istezanje i služe za unošenje i/ili preuzimanje zateznih
napona u tlu. Ugrađuju se na onim mestima gde se pojavljuju i naponi koja tlo ili površina
dodira građevina - tlo, ne mogu preuzeti.

Sl.272:- Načini sidrenja stenskih i geotehničkih sidara

Postupak ugradnje je sledeći. Nakon bušenja u okolnoj steni, šipka je prisutna u rukavcu.
Zatim je pločica vijka postavljena na šipku i privremeno učvršćena maticom. Konačno,
ova kompozitna struktura je stavljena u bušotinu, zatim je matica zategnuta. Ekspanzivna
sila stvorena relativnim pomeranjem između kraja sidra i rukavca generiše silu trenja
između rukavca i zida bušotine,koja se naziva sila zatezanja. U ovom trenutku počinje
delovati podgradna uloga sidra.

Sl.273:- Postupak ugradnje - načela sidrenja - interakcija između rukavca i okolne stenske mase.

220/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7.2. Princip sidrenja i njegove karakteristike

Teorija mehanike elastičnosti, razvijena na osnovu malih deformacija, nije pogodna za
rešavanje velikih problema deformacija diskontinuiranih stenskih masa u geotehničkom
inženjerstvu.

Za pogodnu proračunsku analizu, treći Njutnov (Newton) zakon kretanja služi za analizu
principa sidrenja ankera. Analiza se zasniva na sledeće tri pretpostavke:
• naglavak-konus (rukavac,eng: sleeve) i okolna stenska masa smatraju se linearnim
elastičnim materijalima,
• interakcija između rukavca i okolne stenske mase zadovoljava kriterijume Mohr-
Coulomba,
• raspodela aksijalnog napona duž rukavca je ujednačena.

Mehanička ravnoteža - jednačina

Prema načinu sidrenja sidra, pre ugradnje, bušotinu treba postaviti u odgovarajući
položaj, zatim se sidro stavlja u bušotinu. Kraj sidra treba biti vrlo blizu navlake.

Zatim, rukavac (navlaka)se takođe čvrsto vezuje za bušotinu, što se može smatrati kao
deo sidrenja. Pre-projektovana sila trenja između kraja sidra i navlake obezbeđuje
funkciju stalnog otpora podgrade, tj. podupiranja.

Skica deformacije sidra prikazana je na slici 274, a pojednostavljeni presek sidrenja
prikazanan je na mehaničkom modelu na slici 275.

Sl.274. Skica ilustruje izazvana opterećenja u sidru kada je podvrgnuto velikoj deformaciji okolne stene.

Prema teoriji granične ravnoteže, sila zatezanja (F) izračunava se iz jed. (1),

F = F2 ∙ S = σ∙f2 ∙S = π∙D∙l0 ∙ σ∙f2 = A∙σ∙f2 (1)
gde je:
- D (m) prečnik kraja sidra,
- f2 je faktor trenja između čelične šipke i navlake,
- l0(m) je kontaktna dužina između navlake i kraja sidra,
- σ normalni napon između čelične šipke i navlake.

Sl.275:- Pojednostavljeni presek sidrenja - dijagram mehaničkog delovanja na kraju sidra.

221/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sila trenja (F1), normalni napon (σ), i smičući napon između navlake i bušotine (τ)
izračunavaju se iz jed. (2) - (4), odnosno:
F1 = σ∙f1∙S = π∙D∙lo∙σ∙f1 = A∙σ∙f1 =
&#3627408441;
1 ∙&#3627408467;
1
&#3627408467;
2
=τ∙S = π∙D∙lo∙τ (2)
σ =
&#3627408441;
&#3627408454;∙&#3627408467;
2
(3)

τ =
&#3627408441;∙&#3627408467;
1
&#3627408467;
2 ∙??????∙&#3627408439;&#3627408473;
&#3627408476;
(4)
gde je τ napon smicanja između bušotine i konusa - navlake.

Kada je aksijalna sila sidra konstantna, napon na kraju sidra izračunava se iz jed. (5),

ε =
??????
&#3627408440;
=
&#3627408441;∙&#3627408467;
1
&#3627408467;
2 ∙??????∙&#3627408439;&#3627408473;
&#3627408476;
, (5)

Sl.276:- Izazvana opterećenja u sidru kada je podvrgnuto velikoj deformaciji okolne stene sa
dijagramom mehaničkog delovanja na kraju sidra

Sa stanovišta energije, opterećenje od spoljne sile do stenskog sidra dovodi do prenosa
energije. Količina energije je jednaka proizvodu opterećenja pomnožen pomeranjem
kraja sidra.

Opterećenje sa stenskog sidra na kraju prenosi se na sidrenu glavu i postaje pritisak na
rukavac. Rukavac tada nosi pritisak, a delovanje trenja se pojavljuje između sidrene glave
i rukavca.

Nadalje, dolazi do pomeranja između rukavca i zida bušotine, pa se deo tereta prenosi na
zid bušotine - stensku masu i proizvodi delovanje trenja između rukavca i stenske mase.
Na kontaktu deo sidra prima pritisak i pojavljuje se trenje između glave sidra i rukavca.
Pored trenja, postoji i pomeranje između rukavca i stene, tako da se deo tereta prebacuje
u stensku masu i stvara trenje između dela sidra - rukavca i stene.

Kako je rečeno, sidra su građevine opterećene na istezanje i služe za unošenje i/ili
preuzimanje zateznih napona u tlu. Ugrađuju se na onim mestima gde se pojavljuju i
naponi koja tlo ili površina dodira građevina - tlo, ne mogu preuzeti.

Međutim, mogu se iskoristiti i za prenošenje pritisnih sila - i tada se posmatraju kao
piloti malog prečnika (mikropiloti).

222/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dakle, silu koju prime od podgradne konstrukcije sidra prenose u tlo preko sidrene
deonice, sidrenog bloka ili pilota (sl. 277.) pri tome čvrstoća sidra mora biti dovoljna da
ne pukne i izvedena izvan zone klizne površine da se razviju otpori u tlu.

Sl. 277:-. Neke vrste loma zaštitne konstrukcije

Sidro je nosivi element trajne ili privremene konstrukcije pomoću kojeg se sile iz
konstrukcije prenose u tlo. Sidra se mogu podeliti na više načina, ali glavna podela je ona
po vrsti a to su štapna sidra i kablovska sidra.

- Stenska sidra - stenski vijci (Rock bolts)

Stenska sidra najčešće se ugrađuju u tunele, podzenme objekte, betonske brane, na spoju
betona i stene ili injekcione mase, što doprinosi stabilnosti na klizanje i prevrtanje. U
ovom delu biće prikazani različiti načini loma stenskih sidara, njihov doprinos stabilnosti
objekata (posebno na betonskim branama) i procesi degradacije sa fokusom na koroziju.
Na slici 277 prikazana je šema stenskog sidra ugrađenog u stensku masu. Stensko sidro
sastoji se od rebraste armaturne čelične šipke, koja je zabušena u stensku masu. Spoj
između armaturne šipke i stenske mase obezbeđen je korišćenjem injekcione mase. Gornji
deo stenskog sidra ugrađuje se u beton ili betonsku branu ili njenu hidrauličku
konstrukciju koje se izvode zajedno.

Nije dovoljno dimenzionisati samo podgradnu konstrukciju, potrebno je dimenzionisati i
zategu, odnosno sidro (geotehničko sidro). Kod dimenzionisanja sidra potrebno je:
• Preliminarno:
- odrediti gornju granicu dužine sidrenja, proceniti nosivost → ocena opravdanosti
pretpostavljenog tipa sidara.
• Konačno projektovanje:
- silu koju sidro mora podneti i preneti u tlo,
- nosivost samog sidra - određivanje nosivosti za statička i ciklična opterećenja;
- nagib na kojem se izvodi.
- nagib sidara;
- određivanje dimenzija, vrste i rasporeda zatege, injekciona smesa;
- određivanje horizontalnog i vertikalnog razmaka sidara - geometrija bušenja;
- izračunati slobodnu i sidrenu deonicu sidra,
- izrada i propisivanje odgovarajućeg programa ispitivanja sidara;
- izbor i detalji antikorozivne zaštite;
- provera stabilnosti sidrene konstrukcije.

223/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 278:- Neke vrste loma zaštitne konstrukcije.Skica delova sidra injektiranog na jednom delu

Tokom dimenzionisanja sidra potrebno je paziti da sidrena deonica bude izvan zone loma
tla tj. izvan zone aktivnog pritiska i sigurnosne zone kako ne bi došlo do popuštanja sidra
ili ne mogućnosti dobrog prenosa sile u tlo, slika 277.

Sl.279:- Sidrenje preko sidrene deonice (gore levo), sidrenje preko pilota (gore desno) sidrenje preko
sidrenog bloka ili sidrene ploče (donje skice).

Sl.280:- Šema statičkog opterećenja - sidrenje preko sidrene deonice

224/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7.3. Ponašanje štapnih sidara u stenskoj masi

Ponašanje štapnih sidara u stenskoj masi predmet je brojnih analiza odgovarajućih
modela stenske mase i ojačanja štapnim sidrima. Analize se u glavnom po pravilu
zasnivaju na rezultatima standardnih ispitivanja sidara na čupanje izvedenih u
klasifikovanoj stenskoj masi.

Modele ponašanja sidara i stenske mase mogu se podeliti na:

1. Modele koji razmatraju ponašanje sidara u okolini stenske mase i njihov međusobni
odnos, pri tom zanemarujući uslove stanja napona u stenskoj masi koja proizlaze iz
zahvata u stenskoj masi kao npr. iskopa podzemnih otvora ili zasecanja kosina.

2. Modele koji razmatraju ponašanje stenske mase ojačane sidrima u uslovima stanja
napona prouzrokovanog iskopom podzemnih otvora ili zasecanjem kosina.

Modelovanje ponašanja sidara u stenskoj masi još uvek je, i pored brojnih predloga
modela, jedno od najznačajnijih područja istraživanja u mehanici stena. Cilj većine
istraživanja je utvrditi praktičan model koji dobro opisuje stvarno ponašanje tri potpuno
različita materijala (čelika, injekcione smese i stenske mase) i njihove dve veze:
- sidro-injekciona smesa i
- injekciona smesa-stenska masa.

Karakteristike loma stenskog sidra podvrgnutog zateznom opterećenju mogu se svrstati
u četiri glavna načina:
- Lom u čeliku štapnog sidra (Failure of the steel),
- Lom veze injekcione smese i sidra(Failure in the grout-steel interface).
- Lom u injekcionoj smesi (Failure in the grout).
- Lom adhezije (Adhesive failure):
- Lom veze injekcione smese i stenske mase (Failure in the grout-rock)..
- Lom veze stena/beton i injekcione smese (Failure in the rock/concrete-grout interface).

Jedino lom na zatezanje čelične šipke (tetive) je duktilno, a drugi načini loma pokazuju
krti lom.

Sl.281:- Prikaz mogućih oblika-modela loma stenskog sidra: a) lom stene. B) lom adheziva (spoja)
ankera i ispune (injekcione mase), c) lom adheziva - spoja (stenska masa i injekciona masa -ispuna),
d) lom smicanjem, e) lom adheziva - spoja (betona i čelika), f) lom na zatezanje čeličnog ankera -
šipke, (Berzell, 2014).

225/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Razmatrano je nekoliko mogućih različitih modela loma u sistemu ojačanja stenske mase:
- Lom u čeliku štapnog sidra
- Lom veze sidra i injekcione smese
- Lom u injekcionoj smesi
- Lom veze injekcione smese i stenske mase
- Lom stenske mase u okolini sidra
- Lom stenske mase oko zone ojačane sidrima
- Lom naglavne konstrukcije sidra u grupi.
Na osnovu eksplicitnih metoda za procenu kapaciteta stenskog sidra prema svakom
načinu loma, predlaže se procena odgovarajuće ugrađene dužine čelične tetive za
nastanak duktilnog loma stenskog sidra. Predložena jednačina primenjuje se na terenske
testove na stvarnim stenskim sidrima za verifikaciju - proveru (ispitna sidra).

Sl. 282:- Tipični naponi loma injektiranih stenskih sidara
Slika 282 prikazuje glavne načine loma sidra ugrađenih u stenu kada je podvrgnuto
zateznim opterećenjem:
- lom na zatezanje čelične tetive (the tensile failure of steel tendon),
- lom smicanja između tetive i injekcione smese (shear failure at the tendon-grout interface),
- lom na smicanje izmeđuinjekcione smese i stene (the shear failure at the grout-rock interface and) i
- lom stene u obliku čašice (the socket-shaped failure of the rock).

Pored ovih načina loma postoje i mešoviti načini lomova, na primer kombinacija
delimičnog kupastog loma sa adhezionim lomom lepila - ispune, (Eligehausen i sar., 2013)

Sl.283:- Zona oštećenja i loma kao funkcija odnosa glavnog napona K0 (Martin i sar. 1999)

226/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dakle, karakteristike loma stenskog sidra podvrgnutog zateznom opterećenju mogu se
svrstati u četiri načina:
- Lom u čeliku štapnog sidra,
- Lom veze sidra i injekcione smese
- Lom u injekcionoj smesi
- Lom veze injekcione smese i stenske mase.
Jedino lom na zatezanje čelične šipke (tetive) je duktilno, a ostali načini loma pokazuju
krti lom.

Sl.284:- Glavni načini loma sidra ugrađenih u stenu kada je podvrgnuto zateznim opterećenjem

Nosivost sidra za svaki način loma može se proceniti a zatim minimalna vrednost između
njih postaje krajnja nosivost zatezanja datog stenskog sidra Su.
Su= minStu, Stgu, Sgru, Sru (1)
gde je:
- Stu kapacitet (sposobnost) zatezanja čelične tetive,
- Stgu otpornost na smicanje između tetive (ankera) i injekcione smese,
- Sgru otpornost na smicanje između injekcione smese i stenske mase i
- Sru nosivos na zatezanje protiv loma stene u obliku grla.

Ekstrom i ostali (Ekström i sar. 2013) opisuje moguće načine loma (oštećenja) stenskih
sidara. Sledeći prikaz zasniva se na zaključku iz ove reference. Metodologija i
pretpostavke korišćene u ovom prikazu odnose se na ponašanje sidra u steni za različite
načine oštećenja, kao i različiti kriterijumi loma.

1.2.7.3.1. Lom u steni (Failure in the rock)

Lom u steni nastaje (pojavljuje se) kada zapremina stenske mase (teoretski oblikovana
kao kupa - konus) propadne - ošteti se pre nego što anker postigne punu nosivost.

Težina stenske kupe može se proračunati prema jed. (2) uz pretpostavku ugla kupe od 60
0

i zanemarujući koheziju i trenje u stenskim površinama, vidi sliku 284 (Berzell, 2014).
Sstena = Vkupe∙ γstene =
??????&#3627408531;
&#3627409360;
&#3627408521;
&#3627409361;
∙γstene (2)
gde je:
- Sstene opterećenje stenskog sidra koje mobilizuje zapreminu stene, kN;
- Vkupe zapremina stenske mase pod uglom od 60°,m
3
;
- γstene gustina stenske mase, kN/m
3
; a
- h i r su geometrijske veličine definisane na slici 284, m.

227/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl.285:- Lom stenske mase u obliku kupe (Berzell, 2014).

Prema norveškim smernicama za sigurnost brana, jediničnu težinu stene treba izabrati u
zavisnosti od vrste stene prema vrednostima u tabeli 26 (NVE, 2005).

Specifična (jedinična) težina za različite vrste stena prema Norveškim smernicama za sigurnost brana
(NVE, 2005)Tabela 26

Lom unutar mase tla/stene može nastati samo kod kratkih sidara. Nosivost s obzirom na
ovaj oblik loma analizira se na isti način kao i zatezni temelj.

Lom sidra može se desiti povlačenjem obrnute kupe stene iz stenske mase kao što je
prikazano na slici 285. Ta vrsta loma je tako opasna i krhka kako bi osigurala da se takvi
lomovi stenske mase ne pojavljuju.

Nosivost povećanja stenske mase Sru dobija se dodavanjem sopstvene težine stenske kupe
Wc i otpornosti na zatezanje na površini loma kamene kupe fr kao što je prikazano u
jednačini.
Sru= fr+Wccosθc (1)
gde je:
θc - ugao vrha kupe izvučene stenske mase.

Prema Salimanu i Schaeferu (1968.), konačni maksimalni kapacitet izvlačenja stenske
mase je 7 do 56 puta veći od sopstvene težine.

Otpornost na zatezanje na površini loma stenske mase može se proceniti geometrijom
obrnute kupe i čvrstoćom stene na zatezanje σtr (Coates i Yu, 1971).

gde je:

Dc - debljina-dubina stenskog stuba - kupe.

Sl.286:- Geometrija stenske kupe, pretpostavlja se da se
mobilizuje - stabilizuje kada se lom u podizanju dogodi u
homogenoj stenskoj masi.
Vrsta stene (Rock type)
Jedinična (specifična) težina
Unit weight [kN/m
3
]
Granit (Granite) 26
Gabro (Gabbro) 28
Gnajs (Gneiss) 26
Peščar (Sandstone) 27
Krečnjak (Limestone) 24
Škriljac (Shale) 28
Kvarcit (Quartzite) 25

228/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zatezna čvrstoća neoštećene - intaktne stene može se obično proceniti na osnovu
laboratorijskih testova. Odnos zatezne čvrstoće i pritisne čvrstoće intaktne stene su tipične
vrednosti s obzirom na vrste stena sa niskim nivoom neizvesnosti: 4 ~ 7% u većini
slučajeva, i 14 - 17% u nekim sedimentnim stenama (Lama i Vutukuri, 1978). Sa druge
strane, zateznu čvrstoću stene je vrlo teško proceniti, jer se laboratorijskim ispitivanjima
ne mogu lako otkriti unutrašnji nedostaci oštećenih stenskih masa.

Na osnovu rezultata ispitivanja na različitim stenama, zatezna čvrstoća stene može se
proceniti u smislu jednoosne čvrstoće na pritisak u intaktnoj steni σcr i nekoliko
parametara procenjenih iz RMR vrednosti datih uzoraka stena m i s (Hoek, 1983).

(2)

Pretpostavlja se da je kupasti oblik stenske mase izvučen sa sidrenom strukturom. Prema
(Littlejohn i Bruce (1977b), posmatrani uglovi na vrhu stene su oko 90
o
, a lokacija vrhova je
u sredini fiksne strukture sidra uz pretpostavku da je stena neoštećena, ploča za sidrenje
nije primenjena a teret se prenosi vezom - šipkom.

1.2.7.3.2. Lom smicanjem po spoju injekcionog (sidrenog) tela i tetive
(Failure of grout-tendon bond)

Otpornost na smicanje između tetive-injekcione smese uključuje adheziju, trenje i
međusobno povezivanje svakog materijala. Kada na dodirnoj površini počinje lom na
smicanje, međusobne veze spojevi i adhezija podnose - izdržavaju primenjena granična
opterećenja.

Zatim, kako se razvija više pomeranja, na površini dodira trenje dominira otpornošću na
smicanje. Teško je precizno odrediti doprinos svakog mehanizma za lom, tako da se
konačna otpornost na smicanje procenjuje procenom raspodele smičućeg napona duž
površine dodira u kritičnom stanju τtgu (z) kao što je prikazano u jednačini (3).

(3)

gde je rt radijus čelične tetive i lbtg je dužina veze tetive-injekcione mase.

Raspodela smičućih napona duž površine dodira u kritičnom stanju može se proceniti kao
što je prikazano u jednačini (4) sa sledećim pretpostavkama: ugrađena čelična tetiva,
injekciona masa i stena su savršeno linearno-elastični materijali, a u analizi se ignorišu
svi plastični odgovori (Farmer, 1975).

(4)

Ako je (5)

Ako je (6)

(7)

229/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
gde je Rg radijus bušotine za injektiranje sidra, σt0 je napon zatezanja na kraju čelične
tetive, α je geometrijski parametar izračunat iz jed. 5 i jed. 6 s obzirom na poluprečnik
čelične tetive rt i odnos krutosti cementne injekcione mase do tetive K. Eg je Youngov
modul cementne mase a Et je Youngov modul čelične tetive.

(8)

(9)

Sl.287:- Predominantan uticaj smičućeg napona čvrstoće stenskog omotača na potpuno injektiranom
stenskom ankeru nosivost zatezanja stene.

Za proračun stabilnosti sidra, zavisno od izbora tipa, određivanje sidrene dužine (lS) i
slobodne dužine (lf), potrebno je znati:
- srednju vrednost primarnog normalnog napona u sidrištu (n),
- mobilisanu koheziju Ci
- mobilisani ugao trenja po obodu sidrišta .

Tada je, na osnovu Morovog kruga napon n po obodu sidrišta:

Cntg(10)

Pri tome se vredost normalnog napona (), određuje iz primarnog vertikalnog napona
(v ) i odgovarajućeg horizontalnog primarnog pritiska (Kov) prema izrazu:

v=1/2 (1+Ko) v (11)

gde je Ko =1- sini ima vrednost u granicama 0,25-1,0.

Ukupna računska nosivost sidra za stvarni prečnik bušotine (2r) iznosi:

SR∙2rπ∙ls2rπ∙lsCvtg (13)

Dozvoljena nosivost sidra (Sd) iznosi: Sd= SR /Fs pri čemu je Fs faktor sigurnosti.

Određivanje dužine sidrene zone (ls) vrši se prema sledećoj jednačini:
lsSR∙2rπ SR Fs ∙2rπ (14)

Sl.288:- Prikaz opterećenja ankera. SR - otpornost na izvlačenje,SS - otpor trenja plašta, Sp -
otpornost na kraj sidrenog tela, Ls - dužina sidrenja, d - prečnik sidrenog tela

230/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7.3.3. Lom na spoju stena - ispuna (injekciona masa)Adhesive failure rock and grout

Lom na spoju stena - ispuna (injekciona masa) može se definisati na sledeći način:

Sstena-ispuna = Apovršina ∙ c stena-ispuna = π∙?????? bušotine ∙ Lstene ∙ c stena-ispuna

gde je:
- Sstena-ispuna otpor kontaktnog međusklopa između stene i injekcione mase (kN),
- Apovršina površina kontakta između stene i injekcione mase (bušotina)(m
2
),
- ??????bušotine prečnik bušotine (m),
- Lstena ugrađena dužina stenskog sidra u stensku masu (m) i
- cstena-ispuna adheziona čvrstoća na kontaktnom sloju između stene i injekcione mase (kN/m
2
).

Lom adhezije zavisi od svojstava stenske mase, posebno broja pukotina i preloma
(Berzell, 2014).

Otpor na spoju čeličnog tela tetive i injekcionog tela ima iskustvene vrednosti oko 0.23 -
1.10 N/mm
2
(za injekciono telo od cementa). Zavisi i od vrste materijala tetiva (vrsta
čelika, način obrade površine,..).

Sl.289:- Mogući načini prenosa sile iz tetive na sidreno telo.

Prenos sile preko ploče na kraju sidra (ankera) u sidrištu stvara pritisne napone i sprečava
stvaranje pukotina u telu sidrišta.

Prema norveškim smernicama za sigurnost brana, vrednost adhezione čvrstoće između
stene i injekcione mase zavisi od vrste stene i trebala bi se izabrati prema tabeli 27(NVE,
2005). U tabeli su prikazane i varijacije adhezivne čvrstoće između injekcione mase i
granita, peščara i krečnjaka na osnovu Aven-a (1984). Niže vrednosti trebaju se koristiti
za oštećene - raspadnute stene i ako je stena vrlo razlomljena -fraktisana.

Tabela 27- Adhezivna čvrstoća između stena i injekcione mase u skladu sa norveškim smernicama za
bezbednost brana (NVE, 2005).

Vrsta stene (Rock type)
NVE (2005)
[MPa]
Avén (1984)
[MPa]
Granit (Granite) 2.0 2.0 - 5.0
Gabro (Gabbro) 2.5 -
Gnajs (Gneiss) 1.5 -
Peščar (Sandstone) 1.2 0.5 - 2.0
Krečnjak (Limestone) 2.0 1.0 - 3.0
Škriljac (Shale) 0.5 -
Kvarcit (Quartzite) 2.5 -

231/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7.3.4. Lom po spoju injekcionog (sidrenog) tela i tla/stene

Pored svih nabrojenih vrsta i mogućih razlika sidara, za podgradne sidrene građevine
najčešće su u upotrebi prednapregnuta sidra sa slobodnom i produženom sidrenom
deonicom. Jedno od takvih sidara prikazano je na slici 290.

Sl.290:- Šema delova sidra injektiranog na jednom delu
Čelično telo sidra (tetiva), silu S, prenosi na sidreno telo, a ono na tlo (lom po spoju
injekcionog tela i tla/stene). Pri tome nosivost na obimu (plaštu) sidrenog tela - granična
vrednost je, Sf:
Sf τ·(2r) · Ls (1)
gde je:
LS - dužina sidrenog tela,
r - poluprečnik preseka sidrenog tela i
τ- čvrstoća na smicanje - preko koga se definiše prionjivost.
τ je čvrstoća na smicanje na kritičnom plaštu sidrenog tela poluprečnika, r.

Za koherentno tlo prionjivost može se odrediti kao:
τ=c σntgφ (2)
- koeficijent prionjivosti ( • c je adhezija),
σn - napon normalan na plašt valjka sidrenog tela - geostatički naponi normalni na
površinu sidrenog tela i
φ - ugao unutrašnjeg trenja tla.

Sl.291:- Sidro - osnovni elementi
Napon, σn, zavisi od geostatičkih napona u okolini sidrene deonice.

Sidra koja su duž sidrene deonice povezana sa tlom preko valjkastog tela nastalog
zalivanjem ili injektiranjem prostora između čeličnog tela (tetive) sidra i tla, prenose prvo
silu sa tetive sidra na injekcionu masu, a zatim sa valjkastog tela na tlo. Prionjivost
injekcione mase na čelik tetive sidra nije problem tj. pretpostavlja se da je
zadovoljavajuća. Ostaje da se proračuna potrebna dužina sidrene deonice u funkciji
prionjivosti valjkastog tela nastalog injektiranjem i tla. Prionjivost zavisi od vrste tla u
koje se sidro ugrađuje i od pritiska prilikom injektiranja. Podaci su prikazani na dijagramu
sl.292.

232/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Prionjivost (τ) zavisi od vrste tla u koje se sidro ugrađuje i od pritiska prilikom
injektiranja.

Sl.292:-Nosivost sidrene deonice u zavisnosti od vrste tla, pritiska injektiranja u funkciji prionjivosti

Tabela 28 - Sidra i sidreni sistem, Američko odelenje za transport, Geotehnički inženjering, cirkular br. 4

233/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Bilo bi logično da, što je sidrena deonica duža, da je moguće u tlo preneti veću silu.
Međutim, ispitivanja su pokazala da dolazi do koncentracije smičućih napona na početku
sidrene deonice.

Sl.293:- Raspodela smičućih napona u zavisnosti od dužine sidrenja

Intenzitet koncentracije smanjuje se produžetkom sidrene deonice, ali samo do neke
granice. To znači da se velikim dužinama sidrene deonice ne može bitno povećati sila u
sidru.

Kada se sidrena deonica poveća a poveća i sila u sidru, doći će do prekoračenja čvrstoće
na smicanje na početku sidrene deonice, pa će se naponi „povući“ dublje. Iz navedenog
razloga sidrene deonice obično nisu duže od 6 -10 m.

Sl.294:- Dijagram pomeranja smičućeg napona duž sidrišta u slučaju postizanja čvrstoće na smicanje
na njenom početku

Prema EN 1998-5:2012 ako se sidra koriste i za preuzimanje dinamičkog opterećenja
(potres) sidrenu deonicu potrebno je povećati za:

Ld = Ls(1+1.5α∙S)
Na slici 295 prikazano je nekoliko mogućih raspodela smičućih napona duž kliznog tela
zavisno od načina predaje sile sa tetive sidra na sidreno telo. Prenos sile preko ploče na
kraju sidra stvara u sidrištu pritisne napone i sprečava stvaranje pukotina u telu sidrišta.

Sl.295:-Mogući oblici raspodele smičućih napona u sidrenoj dužini

234/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Računski je nemoguće precizno odrediti čvrstoću na smicanje jer ona zavisi od
parametrima koji nisu jednoznačno definisani. Druga nepoznata je veličina prečnika
sidrišta, 2r, na kojem će se pojaviti kritična klizna ravan, tj. nepoznata je površina na
kojoj se ostvaruje kritični smičući napon. Proračun prema jednačini (1) vrši se na osnovu
pretpostavljenih vrednosti.
Sf= τ ∗(2rπ) ∗Ls (1)

Iz tih razloga uvek se zahteva izrada „ispitnih sidara“. Ispitna sidra daju najpouzdaniji
podatak sa kojim je potrebno izvršiti proveru proračuna sidara u sidrenoj građevini.

1.2.7.3.5. Lom adhezije na spoju čelika i ispune (injekcione mase)

Na sličan način kao i lom između ispune (injekcione mase) i stene, lom adhezije između
sidra (čelika) i ispune (injekcione mase) definisan je jednačinom (2):
Sčelik-ispuna = Apovršina ∙ c čelik-ispuna = π∙?????? čelik ∙ Lstena ∙ c čelik-ispuna (2)
gde je:
- Sčelik-ispuna otpor kontaktne površine između ankera (gvožđa) i injekcione mase,
- ??????bušotine prečnik armaturne šipke (ankera),
- Lstena ugrađena dužina stenskog sidra u stensku masu i
- cčelik-ispuna adheziona čvrstoća na kontaktnom sloju između čelične šipke i injekcione mase.

Prema norveškim smernicama za sigurnost brana, karakteristična vrednost adhezivne
čvrstoće između čelika i injekcione mase je 3,0 MPa a trebala bi se koristi sa faktorom
sigurnosti od 2,0 (NVE, 2005). Prema tome, projektovana vrednost je 1,5 MPa. Prema
Aven-u (1984), adhezivna čvrstoća između čelika i injekcione mase je proporcionalna
čvrstoći čvrste supstance injekcione mase. Za injektiranje sa čvrstoćom na pritisak u
intervalu od 20 do 40 MPa, adhezivna čvrstoća između čelika i injekcione mase varira
između 1,2 MPa 1,9 MPa za glatke šipke i između 1,7 i 2,6 MPa za rebraste šipke po
Avenu (1984).

1.2.7.3.6. Lom adhezije na spoju betona i čelika

Sl.296:- Ilustracija nagnutog stenskog ankera u steni i betonu

Adhezioni lom (propustljivost spoja) na kontaktu čelika (ankera) i betona kod ugrađenih
stenskih ankera, prema BBK 04 (2004) je sledeća:
Sbeton-čelik = Apovršina ∙fb = π∙?????? čelik ∙ Lbeton ∙ (µ1 ∙µ2 ∙µ3∙fctd + ftransverse) (1)
gde je:
- Sbeton-čelik otpornost kontaktne površine između betona i ankera (gvožđa)(kN),
- Apovršina površina za deo čelične šipke ugrađene u beton (m
2
),
- Lbeton dužina ugrađenog stenskog sidra u beton (m),

235/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- µx konstante koje odražavaju položaj i vrstu armature specificirane u BBK 04 (2004),
- fb adheziona čvrstoća čelika i betona (kPa),
- fctd projektovana vrednost zatezne čvrstoće betona (kPa) i
- f&#3627408481;raverze čvrstoća poprečne armirture (kPa).
Ako je poznata karakteristična pritisna čvrstoća (fck), srednja vrednost zatezne čvrstoće,
fctm i projektovana vrednost zatezne čvrstoće, fctd, prema Evrokodu može se izračunati
kao:
fctm = 0.3fck
2/3
(2a)

fctd =
&#3627408519;
&#3627408516;&#3627408533;&#3627408524;
&#3627409208;
&#3627408516;
=
&#3627409358;.&#3627409365;&#3627408519;
&#3627408516;&#3627408533;&#3627408526;
&#3627409208;
&#3627408516;
(2b)

gde je γc parcijalni koeficijent betona koji je jednak 1.5 za trajna i privremena opterećenja.

Najčešće korišćena stenska sidra su od rebraste armature. Pretpostavljajući da je
neispucali beton, dobijene vrednosti za konstante prikazane su u tabeli 29.

Tabela 29-Tabela vrednosti za konstante rebrastih veza sa betonom

1.2.7.3.7. Lom na zatezanje čelične tetive ili njenih komponenti
(Tensile failure of the steel tendon)

Lom u čeliku je jedan od mehanizama loma koji se javljaju u stenskom sidru, kada se
prekorači njegova nosivost.

Nosivost na zatezanje je jednaka površini poprečnog preseka pomnožena sa maksimalno
dozvoljenim naponom na zatezanje (1), a kapacitet smicanja je jednak površini poprečnog
preseka pomnožena sa maksimalnim dozvoljenim naponom na smicanje, jed. (2).
Maksimalni dozvoljeni napon smicanja često se odnosi na maksimalni napon zatezanja
kroz von Misesov kriterijum popuštanja, kao što je prikazano u jed. (1).

Nčelika = At∙ fs (1)
Včelika = τmax∙At =
&#3627409359;
√&#3627409361;
As∙fs ≈ 0.5As∙fs (2)

gde su:
- Ns i Vs otpornosti čeličnog sidra zbog normalnih i smičućih sila,
- At je površina poprečnog preseka sidra - tetive i
- fs je granična čvrstoća čelika - čvrstoća popuštanja (tečenja) čelika.

Ako nanošenje zateznog napona na čeličnu tetivu premašuje čvrstoću na zatezanje tetive,
tetiva počinje popustati i konačno lomi - puca.
Maksimalno dozvoljeno opterećenje zatezanjem može se proračunati iz površine
poprečnog preseka tetive At i maksimalne čvrstoće na zatezanje tetive σtu, kao što je
prikazano u sledećoj jednačini (3).
Konstanta Vrednost Pretpostavka (Assumption)
µ1 1.4 rebrasta traka - šipka
µ2 0.8 neraspuknuti beton
µ3 1.0 Bez povezivanja šipki
µ4
1.0
(ili
izračunati)
Konzervativna vrednost
(izračunata vrednost zavisi od
ivice i unutrašnjeg razmaka
između vijaka)

236/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Stu= σtu ∙ At.........(3)

Nosivost tela (tetive) sidra zavisi od vrste materijala (čelika, stakloplastike) od kojeg se
tetiva izrađuje. Najtačniji i najčešći podaci mogu se dobiti od proizvođača ili se
izračunavaju na osnovu tehničkih svojstava materijala (dimenzionisanje čelične
konstrukcije EC 3), tabela 30. Primer podataka iz kataloga za štapno sidro.

Sl.297:- Ilustracija nagnutog stenskog sidra u steni i betonu

Za proračun se koristi granica popuštanja ("yield load") - ova vrednost se prema EN
1537:1999 naziva "karakteristična otpornost tetive".
Za dimenzionisanje sidra merodavna je najmanja vrednost od:
- granična sila (nosivost) na spoju injekcionog (sidrenog) tela i tetive (St)
- granična sila na spoju injekcionog (sidrenog) tela i tla/stene (Sfc)
- granična sila čelične tetive ili njenih komponenti (SN)
- granična sila unutar mase tla/stene (Su).

Granična nosivost (karakteristična otpornost) je najmanja vrednosti od prethodno
definisanih.

237/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 30 - Tabela vrednosti za konstante rebrastih veza sa betonom

1.2.7.4. Proračun radne sile (Sr) - "projektovana otpornost (nosivost)".

Iz granične nosivosti treba proračunati radnu silu (Sr) "projektovana otpornost
(nosivost)".
Radna sila se proračunava iz granične uz upotrebu faktora sigurnosti. Veličina faktora
sigurnosti zavisi od:
 vrste sidara (trajno ili privremeno, prednapregnuto ili ne),
 zavisi od pristupa (globalni faktor sigurnosti ili parcijalni faktori sigurnosti s
obzirom na komponente nosivosti).

238/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 31- Faktor sigurnosti u zavisnosti od vrste sidara (trajno ili privremeno)

Radna sila u sidru se koristi u proračunu/dimenzionisanju konstrukcije koja je podgrađena
sa tim sidrom.

Prema EN 1537: 1999 ("Execution of special geotechnical work - ground ancors)
potrebno je proveriti granična stanja:
- zatezni lom sidra,
- strukturni lom sidra kao posledica smičućih sila, loma glave sidra ili uticaja korozije,
- gubitak sile u sidru zbog značajnog razvlačenja prouzrokovanog popuštanjem glave
sidra ili zbog puzanja i relaksacije i
- lom ili značajne deformacije delova konstrukcije prouzrokovanih primenjenom silom
iz sidra

U EN 1537:1999 koriste se pojmovi (ovde je pojam "nosivost" zamenjen pojmom
"otpornost"):
- otpornost na čupanje tetive (unutrašnja otpornost sidra - "internal anchor pull-out
resistance"),
- otpornost na čupanje sidrenog tela (spoljna otpornost sidra - "external anchor
pullout resistance"),
- karakteristična otpornost - Rk ("characteristic resistance") - (granična nosivost) i
- projektovna/proračunska otpornost - Rd ("design resistance").

U projektu je potrebno odrediti:

- veličinu unutrašnjeg otpora sidra na čupanje,
- veličinu spoljnjeg otpora sidra na čupanje,
- proveriti trajnost sidra,
- odrediti potrebnu dužinu slobodne deonice sidra i
- odrediti silu prednaprezanja ("anchor lock-off load" - sila koja je prenešena na glavu
sidra neposredno nakon završetka postupka prednaprezanja).
Projektna otpornost određuje se iz odnosa (radna sila):

gde je prema EN 1537:1999 R 1.35 za zatezno opterećena sidra, a za Rk se koristi manja
karakteristična vrednost od unutrašnje ili spoljne otpornosti na čupanje. Ova veličina je
trenutno u koliziji sa EN 1997-1, gde se navodi da je R= 1.1. Ovo je posledica zahteva da
se svako ugrađeno sidro ispita opterećenjem do projektovane nosivosti (radne sile).

239/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.298:- Definicija čvrstoće sidra (sidrena šipka +
injekciona smesa + stena) kada se sidro izvlači iz
bušotine (čvrstoća sidra manja od čvrstoće sidrene
šipke)

Sl.299:-Definicija čvrstoće sidra (sidrena
šipka+malter -injekciona smesa + stena)
kada se sidro ne izvlači iz bušotine (čvrstoća
sidra veća od čvrstoće sidrene šipke)

Karakteristična otpornost sidra na čupanje može se odrediti ispitivanjem probnih sidara
ili proračunom.

Postoji nekoliko studija o ponašanju stenskih ankera u građevinarstvu (Holmberg, 1992;
Spang & Egger, 1990; Stille, 1992). Stenski ankeri u betonskim branama obično su podvrgnuti
i opterećenjima istezanja i smicanja. Neki faktori kao što su kvalitet stene i nagib sidra
utiču na otpor i deformabilnost čelika pod kombinacijom spoljnih opterećenja ranije
pomenutih.

- S obzirom na različite mehanizme loma postoji veliki broj pristupa projektovanju
ojačanja stenske mase koji se kreću od vrlo jednostavnih empirijskih metoda sve do
vrlo složenih analitičkih i numeričkih proračuna.

- Zbog toga je metode projektovanja ojačane stenske mase štapnim sidrima moguće
podeliti u tri osnovne grupe:
1) Empirijske metode projektovanja
2) Analitičke metode projektovanja
3) Numeričke metode projektovanja

Sl.300:- Poseban element koji predstavlja štapno
sidro predložili su St.John i Van Dillen, 1983.

240/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zbog ograničenja koja su proizlazila iz gornjeg modela u smislu orijentacije pukotina,
Pariseau i Duan, 1989 i Duan, 1991 predložili su takozvani pristup „materijala
ekvivalentnih vrednosti“. Ideja pristupa je zameniti heterogenu stensku masu, injekcionu
smesu i element ojačanja kao i veze između pojedinih elemenata homogenim
anizotropnim materijalom koji se ponaša ekvivalentno originalnom paketu.

Sl.301:- „Anizotropni materijala ekvivalentnih vrednosti“

Ovakav pristup prikazan je 3D analizom sa elastičnim deformacijama svih materijala.
Teorijsku osnovu za određivanje vrednosti ekvivalentnog materijala predložili su
Pariseau i Moon, 1988. Komparativne analize pokazale su da ovakvim pristupom razlike
dobijene proračunom odstupaju od detaljnih modela metodama konačnih elemenata u
okviru 10%.

Osnovnu prednost predstavlja mogućnost brzih promena rasporeda sidara u modelu u
odnosu na eksplicitne modele gde to zahteva izradu potpuno novih modela, a metoda je
primenjiva sve dok je ponašanje modela unutar elastičnog ponašanja i nisu dostignute
granice popuštanja u pojedinim zonama.

 Osnovni izraz za raspodelu napona duž sidra izveo je Farmer, 1975 iz rezultata
ispitivanja čupanja sidara razvojem analitičkog izraza. Farmer koristi pojednostavljeni
model elastičnog sidra okruženog injekcionom smesom podložnoj smicanju, simetrično
postavljenog u bušotini u relativno čvrstoj stenskoj masi.

 Elastično ponašanje sidra opisano je modulom elastičnosti sidra „Eb“, a injekciona
smesa modulom smicanja „Gg“. Modul elastičnosti stenske mase u okolini sidra je za red
veličine veći od modula elastičnosti injekcione smese.

 Uz pretpostavku da se zatezni naponi „σx“ u sidru prečnika „r“ prenose na injekcionu
smesu preko veza i smičućih napona „τx“ kroz vezu sidra i injekcione smese, za
diferencijalno kratak element sidra je:
(1)

 Uz pretpostavku elastičnog ponašanja sidra, zatezni naponi u sidru iznose:

gde je: ux - deformacija sidra,
σx - zatezni naponi,
Eb - modul elastičnosti.

241/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.302:-Produženje sidra u zavisnosti od prenosa napona na okolnu injekcionu smesu

 Diferencijalna jednačina produženja sidra u zavisnosti od prenosa napona na okolnu
injekcionu smesu glasi:
(3)

gde je: ux - deformacija sidra,
τx - smičući naponi,
Eb - modul elastičnosti.

Za neku konstrukciju podgrade kaže se da je ekonomična samo onda ako se osobine
stenske mase mogu iskoristiti za samostabilizaciju, tj. ako se otpor podgrade kojim se
postiže ravnoteža približi, po mogućstvu, optimalnom minimumu. Dok σr - radijalni
napon kod konvencionalnih metoda građenja, usled nedostatka podupiranja leži po
pravilu u penjućem kraku, desno od optimuma, dotle se σr, prema „NATM“-u, kreće uvek
u padajućem delu - levo do najdublje tačke.
Prema tome, kod konvencionalnih metoda građenja ??????R se uslovljava, kako bi se ponovo
uspostavila ravnoteža. Dotle, kod primene „NATM“ uslovljava se povećanje ??????R, na
primer, prouzrokovane lokalnim lomom obloge - opadanjem potrebnim „pi“ podgradnog
otpora, drži pod kontrolom i pi odabere, tako dok se ne postigne optimum, sl.303.

Sl.303:- Prikaz menjanja međusobnih
odnosa, pi - otpora podgrade, S -
koeficijenta sigurnosti i σr0 - potreban
radijalni napon za ??????R = 0

242/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Na slici 303 prikazana su menjanja međusobnih odnosa σr, ??????R, pi i T-vreme (dani).

Što se tiče uzajamnog delovanja ovih faktora, primenom građenja metodom NATM,
iskustvo je pokazalo sledeće:
- male preseke iskopa ?????? = 3,5 - 4,5 m i stenske mase srednjeg kvaliteta i ne velikih
primarnih napona σ0 = γ∙H ± pi - za stabilizaciju dovoljna je obloga od prskanog betona
cca d = 3 cm, tj. 0,017∙R
- suprotno prethodnom, kod velikih profila sa približno 40-strukim presekom, stenska
masa sa pukotinama od nekoliko dm
3
ponaša se kao materijal bez kohezije (nepovezan
- rastrešen). Obloga od prskanog betona debljine je d = 0,017∙R = 19 - 24 cm., naneta
na površinu stene kao jedina mera podgrađivanja, nije ni približno dovoljna. U ovom
slučaju potrebno je primeniti noseći prsten od sistema sidara (ankera) i na njemu će
ležati veći udeo dejstva podgrađivanja. Sada obloga od prskanog betona ima samo
funkciju zaštite stenske površine između tačaka sidara.

Noseći prsten od sistema sidara pomera se radijalno prema tunelskoj šupljini i pri tome
se tangencijalno skraćuje, a odgovarajuće radijalno izduženje, sa sidrenjem i oblogom od
prskanog betona, smanjuje, odnosno ograničava.

Ako se sidrenje izvede samo pomoću sidara, usidrenih u jedenoj tački, onda će se
celokupno podgradno dejstvo preneti preko podložne pločice sidra. Sidro je ravnomerno
napregnuto preko svoje cele dužine. Kod sidara koji leže u malteru (injekcione mase),
kao npr. tip „Perfo“ ili „SN“ delovanje sidrenja se zasniva na prianjanju i trenju između
sidra i stenske mase.

Trenje između maltera i stene sastoji se od adhezije, s jedne i od trenja zbog pritiska
gnječenja usled tangencijalnih napona i eventualno dodatnih napona usled pritiska
bubrenja sa druge strene. Delujuća sila Sm u sidru može se sračutati po sledećem obrascu,
sl.304.
U ??????
&#3627408526;
&#3627408533;
obuhvaćeno je povećanje tangencijalnog napon u nosećem prstenu za ??????R. Teret
koji izaziva lom sidra u oba slučaja ograničen je čvrstočom čelika, ipak je stabilizirajuće
dejstvo injektiranih (umalterisanih) sidara daleko bolje od onih sidara koji su usidreni u
jednoj tački (klinasti, ekspanzioni).

Sl.304:- Prikaz dejstva sile u ankeru
(sidru)

243/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Cilj dimenzionisanja je utvrđivanje odnosno procenjivanje otpora spoljnje ljuske svoda i
unutrašnjeg brdskog prstena (sidrenja). Kriterijum dimenzionisanja određen je lom usled
smicanja.
Kako je već rečeno, postoji nekoliko studija o ponašanju stenskih ankera u građevinarstvu
(Holmberg, 1992; Spang & Egger, 1990; Stille, 1992; Farmer,Linder, Fener, Sattler).

1.2.7.4.1. Farmer predlaže da za tanki sloj injekcione smese smičući naponi na kontaktu
sidra i injekcione smese odgovaraju smičućim naponima u injekcionoj smesi. 

Ukoliko debljina injekcione smese nije mala (R-r > r, R-poluprečnik injekcione smese,
r-poluprečnikr sidra), smičući naproni na kontaktu sidra i injekcione smese biće izložena
dodatnim radijalnim naponima i promenama napona usled istih. Iz rezultata ispitivanja
čupanja sidara sledi:

R-r < r (4) R-r > r (5)

Uvrštavanjem jednačina (3), (4) i (5) u jednačinu (1) dobija se:

(6)

gde je:

zavisno od debljine injekcione smese u odnosu na prečnik (radijus) sidra.
Jednačina (6) je diferencijalna jednačina drugog reda koja opisuje raspodelu napona (ili
deformacije) duž sidra. Pri tome su usvojena dva značajna kriterijuma za ponašanje
potpuno injektiranih štapnih sidara:
- prvi je ponašanje štapnog sidra u skladu sa Hukovim zakonom, a
- drugi smičuće ponašanje veze između štapnog sidra i injekcione smese.

Sl.305:- Prikaz dejstva sila u ankeru - koordinatni sistem pojedinačnog stenskog ankera.

244/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.7.4.2. Podgradni otpor poFeneru uz zanemarivanje kohezije

Za procenjivanje potrebnog podgradnog otpora, sl.306, možemo koristiti Fenerove
(Fenner) formule:
&#3627408451;
&#3627408470;=− &#3627408464; ∙&#3627408464;&#3627408481;&#3627408468;??????+&#3627408451;
0(1−&#3627408480;??????&#3627408475;??????)(
&#3627408479;
&#3627408453;
)
2&#3627408480;??????&#3627408475;&#3627409169;
1−&#3627408480;??????&#3627408475;&#3627409169;

gde je:
- pi potreban otpor podgrade (obloge)
- c kohezija
- ?????? ugao unutrašnjeg trenja
- p0 -γ∙H = nadsloj
- r radijus (poluprečnik) šupljine
- R radijus zaštirne zone.

Sl.306:- Podgradni otpor po Feneru

Uz zanemarivanje kohezije taj odnos je prikazan na dijagramu na slici 307.

Sl.307:- Podgradni otpor po Feneruuz zanemarivanje
kohezije

Po otvaranju šupljine σr opada na 0. Dokle god se se ne ugradi podgrada ili obloga, ivica
šupljine kreće se unutra, sve dok tangencijalni napon ne dostigne veličinu jednoaksijalne
čvrstoće na brdski pritisak. Istovremeno raste radijus zaštitne zone. Ako stenski masiv
može sam sebe nositi može nastati ravnoteža. Ako to nije slučaj, mora se uneti podgrada
ili obloga koja spečava rušenje stenske mase. Iza postavljenog osiguranja, posle izvesnog
vremena, raste ?????? sve do vrednosti pi, pri kojoj se dostiže trajna ravnoteža.

1.2.7.4.3. Podgradni otpor po Sattleru

Za iskop jezgra (unutrašnjost) tunela, sl. 308, odlučujući je bočni pritisak. On se otprilike
može utvrditi po Fenerovoj formuli, ali je neophotno, tokom iskopa, stalno meriti bočni
pritisak. Ova merenja su bitna i sastavni su deo NATM-a. Sada je poznato da je rušenje
usled smicanja uz postojanje velikih napona pri pritisku - za svod to je linija odrona koja
se stvarno javlja - moguće samo pod velikim uglom u odnosu na pravac normalnog
pritiska.

Sl.308:- Podgradni otpor po Sattleru - bočni pritisak

245/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Naponi pri lomu usled smicanja može da se usvoji ??????d = 0,23∙σe. Sila loma usled smicanja
S iznosi po jedinici dužine:
S = ??????sl∙ds
Pripadajuće horizontalne sile bočno istisnutog jezgra stenske mase iznosi H = 2S.
Ako se usvoji da je:
H ≈ b∙Ps onda bi do loma smicanja došlo pri opterećenju H = 2S.
&#3627408451;
&#3627408480;.&#3627408480;&#3627408473;=
2??????
&#3627408480;&#3627408473; ∙ &#3627408465;&#3627408480;
&#3627408463;
ili

&#3627408465;
&#3627408480;.&#3627408480;&#3627408473;=
&#3627408443;
2∙??????
&#3627408480;&#3627408473;

Ako se kao stepen sigurnosti protiv loma smicanja usvoji dvostruka sigurnost, dobija se:
&#3627408451;
&#3627408480;.&#3627408465;&#3627408476;&#3627408487;&#3627408483;=
2??????
&#3627408465;&#3627408476;??????&#3627408483; ∙ &#3627408465;&#3627408480;
&#3627408463;
, odnosno

&#3627408465;
&#3627408480;.&#3627408472;&#3627408476;&#3627408479;=
&#3627408443;
2??????
&#3627408465;&#3627408476;??????

U pogledu opterećenja svoda na normalni pritisak, polazeći od dimenzija, treba ukazati
na to da rušenje usled normalnog pritiska ne može doći u obzir, što se ne može učiniti uz
svestrani brdski pritisak Ps:
Dsl = Ps sl ∙ r = d∙σsl
Ako se za podnošljive deformacije uvede σsl =2/3 σb, dobijamo:
&#3627408451;
&#3627408480;&#3627408480;&#3627408473;=
&#3627408465;∙2 ??????
1
3∙&#3627408479;

1.2.7.4.4. Proračun elemenata sidrenja (ankerisanja)

→ Veličina opterećenja

Veličina opterećenja koje sidro prima utvrđuje se putem proračuna za svako mesto
ugrađivanja, a na osnovu:
- stanja stenske mase koju treba podgraditi,
- pravac opterećenja,
- dužine sidra, međusobnog razmaka između sidara i
- hemijskih uticaja kojima će sidro biti izloženo u stenskoj masi.
Kao uslov za proračun sidara, L., Rabcewicz uzima pretpostavku da se nakon otpucavanja
jednog ciklusa miniranja, na osnovu kojeg se „izbija“ novi potkop dužile „l“, iznad
slemena potkopa obrazuje se rastresena zona visine t/2 - l/2. Iznad ovog rastesenog tela
formira se noseći svod - zona pojačanih pritisaka.

→ Dužina sidra

Obično se uzima da dužina sidra treba da bude jednaka dužini izbijanja „l“, pošto se mora
voditi računa o tome da na jednom delu dužine iza iskopa i čelo potkopa trpi izvesno
rasterećenje, kao što je već ranije rečeno.
Dužina sidra mora biti usklađena i sa širinom tunelskog iskopa “B“ prema iskustvima u
odnosu na širinu „B“, može se usvojiti dužina sidra l = B/3 - B/4.

→ Određivanje razmaka sidara

Razmak sidara „d“ određuje se u odnosu na visinu paraboličnog tela koje je visoko d/2,
pa se iz odnosa:
d/2 = max ¼ - 1/3, dobija d = 0,5 - 0,67∙ l (l - dužina sidra).

246/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Određivanje broja sidara
Polazeći od pretpostavke prikivanja, bez uzimanja uticaja svoda, potreban broj sidara
može se odrediti na osnovu formule:

&#3627408475;=
&#3627408454;∙&#3627408473;∙&#3627409150;
&#3627408452;&#3627408437;

gde su:
QB - opterećenje sidra na kidanje u Mp (utvrđeno probama),
l - dužina sidra u m (usvojena kao i kod nosećeg svoda)
γ - specifična težina stenske mase Mp/m
3
i
S - faktor sigurnosti.

→ Prečnik bušotine, prečnik šipki sidra i dužina bušotine

Prečnik „D“ bušotine zavisi od prečnika „D“ šipke sidra, i dat je formulom:
D = d+4 do 6 mm

U praksi, prečnik „d“ sidra (ankera) najčešće je 22 mm (praktično opterećenje pri lomu
je 16 do 22 tone). Prečnik bušotine, prema tome, mora iznositi 26 do 28 mm.

Dubina bušotine strogo je određena dužinom šipke sidra. Pošto se sidro mora osloniti na
dno bušotine da bi došlo do efektivnog utiskivanja klina u šipku, dubina bušotine ne sme
biti veća od dužine sidra.

→ Kontrola stabilnosti sistema sidrenja

Kod uslojenih stenskih masa potrebno je, na osnovu šema date na slici 308, izvršiti
kontrolu dozvoljene granice kidanja sidra koji sprečavaju rušenje prirodnog svoda duž
jedne dodirne površine slojeva. Ova kontrola vrši se uz pretpostavku da između
prirodnog svoda debljine „l“ i stenske mase koje nad njim leže, nema povezajedne strane,
a sa druge strane nema nikakvih pukotina.

Sl.309:-Način ankerisanja u zavisnosti od pružanja slojeva i provera dozvoljene granice kidanja ankera

U tom slučaju, pod uslovom da je sidro nagnuto pod uglom od 45
0
stepeni prema
slojevima, važi formula:

??????&#3627408452;
&#3627408437;=
&#3627408443;
&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????
[&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;(&#3627409148;+??????)−&#3627408480;??????&#3627408475;(&#3627409148;+??????)&#3627408481;&#3627408468;&#3627409164;]
√2
1+&#3627408481;&#3627408468;&#3627409164;

gde je:
S - sila smicanja u dodirnoj površini slojeva,
tg?????? - koeficijent trenja,
h - visina strele svoda,
&#3627408454;−
&#3627408443;
&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????
cos (&#3627409148;+??????)=
&#3627408443;
&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????
sin (&#3627409148;+??????∙&#3627408468;∙&#3627409164;+
∑&#3627408452;
??????
√2
(1+tg&#3627409164;)

247/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
??????QB - suma u ispitivanoj spojnici delujućih sila sidra (opterećenje na kidanje),
α i ?????? uglovi horizontalnih sila,
H - horizontalna sila i
„S“ - faktor sigurnosti.
Otpornost stene prema zateznom opterećenju ankera proizilazi iz čvrstoće na smicanje
diskontinuiteta.Uticaj strukture stenske mase na mehanizam loma plitko podignutog,
potpuno injektiranog, napregnutog (zateznog) sidra.Uticaj strukturne geologije na oblik
stene koji se mobiliše uzdužnim sidrima, Wyllie:
(a) široka kupa oblikovan u horizontalnom sloju.
(b) uska kupa nastao duž vertikalnih preloma
(c) površine kupe formirane duž nagnutih preloma

Sl.310:- Formiranje zone loma (lom unutar mase tla/stene) kod kratkog sidra

Sl.311:- Interakcija kupe podizanja (nošenja) u jednom redu zatezanih sidara. (a) Vertikalni deo duž
reda sidara (nakon Littlejohn (1993)); i (b) pojednostavljeni trougaoni normalan poprečni presek za
jedan red sidara (nakon Hobst i Zajíc (1977)).

Sl.312:- Skice ojačanja (armiranja) stenske mase (Reinforced rock unit RRU) - stenskih sidara
ugrađenih u homogenu stensku masu (a) pojedinačna stenska sidara , (b) stenska sidara u linijskoj mreži,
i (c) stenska sidara u kvadratnoj mreži (nakon Hobst i Zajíc (1983)).
Tabela 32 -Maksimalni aksijalni pritisak stenskih sidara

248/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 33 - Obrasci za proračun dubine kupe za tipove stena

Tabela 34 - Faktori sigurnosti kod sistema sidrenja

Kod primene sidrenja u osnovi postoje dve metode koje zahtevaju i određeni tip sidara,
sl. 313. Te dve metode su:
- sidrenje u jednoj tački, i
- sidrenje po celoj dužini sidrene šipke.

Sl.313:- Upoređivanje nosivosti između tačkasto usidrenih stenskih sidara i stenskih sidara usidrenih
po celoj dužini.
→ Sidrenje u jednoj tački

Po ovoj metodi, sidro drži stensku masu ispod sebe, učvršćen malom površinom svog
sidrenog uređaja u nerastresenoj zone stene, samo u jednoj tački. Kvalitet i snaga dejstva
sidra zavisi od čvrstoće stenske mase i čvrstoće metalne šipke sidra. U ovom slučaju
stenska masa izložena je sili kompresije i sili smicanja.
Kod ove metode sidrenja u jednoj tački, kod podgrade tunelskih profila i kod ostalih
radova gde se primenjuje sidrenje, primenjuju se sledeći tipovi usadnih zateznih sidara:
- zatezno sidro sa klinom,
- zatezno sidro sa „ekspanzionom čaurom“ i
- zatezno sidro sa „perfo“ glavom.

249/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Sidrenje po celoj dužini

Po ovoj metodi, koja se obično primenjuje kada treba sidriti meke, uslojene ili heterogene
stene, sprečava sa jedne strane suviše veliki naponi, a sa druge strane, ona je pogodnija
od prve, jer bi u slučaju sidrenja u jednoj tački moglo doći do dislokacije ispucale stenske
mase. Njom se postiže raspodela sila po većoj dužini tela sidra. Ovo se postiže:
- cementiranjem (injektiranjem) sidra i
- lepljenjem sidra za zidove bušotine pomoću sintetičkih smola.

Dakle, važno je znati:
• Kvalitativan oblik raspodele sile i pomeranja duž sidrene deonice ne menja se bitno sa
porastom spoljne sile
• Raspodela smičućih napona duž sidrene deonice nije jednolika - nezavisno od veličine
spoljne sile
• Dominantan uticaj na raspodelu svih statičkih veličina, kao i na konačnu vrednost sile
nosivosti sidra, ima odnos: smičući napon - pomeranje (τ-u) na površini loma
• Lomna površina u koherentnom materijalu nalazi se u sloju tla uz sidro, a ne na samom
kontaktu: očvrsla injekciona smesa - okolno tlo
• Veličina očuvanja normalnih napona na lomnoj površini pada sa povećanjem pritiska
injektiranja
• Prosečni maksimalni smičući naponi nastaju na najkraćoj sidrenoj deonici - zbog efekta
iskoristivosti sidra
• Otpor sidra pri čupanju nije samo mehaničke prirode, već je i posledica složenih
hemijskih procesa na kontaktu sidro-tlo i u zoni neposredno uz očvrslu injekcionu
smesu

Kod ispitivanja probnih sidara ("investigation test") sidra se opterećuju do loma
(čupanja), a dobijena maksimalna sila je karakteristična vrednost.

Ako se karakteristična otpornost sidra na čupanje određuje proračunom potrebno je
odrediti spoljnu i unutarnju otpornost. Karakteristična unutrašnja otpornost (nosivost
tetive) određuje se pravilima za dimenzionisanje čelične konstrukcije (EC 3), najčešće u
obliku:

Sl.314:- Karakteristična spoljna otpornost (trenje po obimu sidrenog tela, Ss)

Karakteristična spoljna otpornost (trenje po obimu sidrenog tela, Ss) se određuje iz npr.
izraza:
Ss(k,a) = τ ∗ (2rπ)∗Ls

Koristi se manja vrednosti od R
k,i
i R
k,a
, ali se preporučuje da bude:
Rk,a ≥ Rk,i

250/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Ako se nosivost određuje proračunom potrebno je dobijene vrednosti potvrditi
ispitivanjem ugrađenih sidara ("suitability test" - test pogodnosti).

I pored navedenih ispitivanja, svako ugrađeno sidro potrebno je ispitati opterećivanjem
do projektovane (radne) sile ("acceptance test" - test prihvatljivosti).

Sl.315:- Šematski prikaz ispitivanja geotehničkog sidra

Kao materijal za izradu zatega ankera primenjuju se:
- šipke visokokvalitetnog rebrastog čelika ∅14-36 mm;
- snopovi od paralelnih glatkih žica ∅5-12 mm;
- snopovi od n paralelnih užadi ∅12,3-15,3 mm, prekidne sile nx164, odnosno n x232 kN.
Merno sidro je posebne konstrukcije, a služi za merenje napona u sidrenoj šipki tokom
delovanja sidra. Ponekad probno sidro ima oblik cevi u koju se ugradi višepozicioni mini
ekstenzometar (4-9 fiksnih tačaka).
ISRM-a (1974) zahteva da se ispitivanje sidara (tzv. pull out test) izvodi na terenu dok ne
bude ispunjen jedan od sledeća dva kriterijuma:
- (a) izvlačenje sidra u iznosu od 40 mm ili
- (b) dostizanje sile koja odgovara granici F-p 0,2.

Ukoliko se sidro izvlači, onda se sila kod pomaka od 40 mm označi kao čvrstoća sidra.
Ako se pomak od 40 mm ne može dostići, sila izvlačenja se povećava do vrednosti sile
koja odgovara granici F-p 0,2 čelične šipke. U ovom slučaju se čvrstoća sidra definiše na
ovaj način: čvrstoća sidra je nepoznata, ali je veća od dostignute sile tokom ispitivanja.

Napomena: više u delu - ispitivanje sidra (ankera).

251/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.8. Analiza stabilnosti na kosom (nagnutom) diskontinuitetu

Sidra se, kako je već rečeno, u građevinarstvu koriste kod vrlo različitih vrsta radova. U
ovom poglavlju biće govora samo o onim sidrima koja služe kao stabilizacija kosine
useka i zaseka u tlu i/ili stenskoj masi.

1.2.8.1. Mehanizmi loma na kosini

Pri svakom od inženjerskih zahvata u stenskoj masi, bilo da se radi o iskopima, temeljenju
ili hidrotehničkim građevinama, javlja se potreba određivanja stepena stabilnosti veštačke
ili prirodne kosine (padine) u stenskoj masi.

U slučaju zasecanja obavezno je razmotriti moguću pojavu loma u kosini tokom
izvođenja radova (iskopa), kao i po završetku radova (Harrison and Hudson, 2000).

Nagib kosine može biti vertikalan ili nagnut u zavisnosti od uslova u i na kosini i uslova
podgradnog sklopa koji osigurava stabilnost kosine.

U geotehnici, termin stabilnosti kisine (padine) upotrebljava se pri rešavanju dva osnovna
vida inženjerskih problema i to kod (Jumikis, 1983):
- projektovanja veštačkih kosina zaecanjem ili nasipavanjem radi izvođenja novih
građevina u stenskoj masi i tlu, geometrije koja je predodređena faktorom sigurnosti
na mogući lom kosine i
- analize stabilnosti postojećih kosina u stenskoj masi ili tlu, kosina koje su potencijalno
nestabilne, kosina koje su doživele lom ili kosina na kojima je potrebno izvesti
određene zahvate.
Koncept stabilnosti kosine (padine) nije u potpunosti određen, jer ni za jednu kosinu u
stenskoj masi ili tlu ne može se u potpunosti garantovati stabilnost tokom njenog
korišćenja u dužem vremenskom periodu. Klimatski, hidrološki i tektonski uslovi, kao i
ljudska aktivnost u neposrednom ili posrednom okruženju, mogu, godinama nakon
izgradnje, uticati na stabilnost veštačkih i prirodnih kosina. Na primer, nije moguće
sagledati mogućnost saturacije stenske mase ili tla vodom usled nekih budućih zahvata u
okolini određene kosine.

Termin lom kosine odnosi se na svaku pojavu nestabilnosti kosine usled promene uslova
u kosini ili uticaja ljudske aktivnosti na prirodne geološke uslove. Vezano uz radove u
steni, nestabilnost stenskih kosina obično rezultuje nepovoljnim kritičnim stanjem pokosa
i pojavom diskontinuiteta koji ukazuju na nestabilnosti stenske mase u nastajanju. Stanje
loma odgovara uslovima napona u stenskoj masi koji prekoračuju čvrstoću. U tom slučaju
nastaje lom i obrušavanje stenske mase niz kosinu.

Hok i Penc (Hoek and Pentz, 1968), analizirajući stabilnost stenskih kosina u otvorenim
kopovima, predložili su sledeću terminologiju vezanu uz pojavu loma u kosini:
Lom
Lom nastaje kad opterećenja ili naponi koji deluju na stenski materijal (intaktnu stenu ili
diskontinuitete) prekorače vrednost čvrstoće (zatezne ili pritisne) te stenske mase. Lom
takođe može nastati rasterećenjem stenske mase. Pojam loma koristi se za opis loma na
malim (ali ne mikroskopskim) veličinama koje uključuju i lom intaktnog stenskog
materijala. Pojam loma koristi se i pri opisivanju loma elemenata podgradne konstrukcije.
U tom slučaju, lom nastaje kad elementi podgradne konstrukcije moraju preuzeti veće
sile i opterećenja kosine od onih na koja su projektovana. To podrazumeva da elementi
podgradne konstrukcije i dalje mogu preuzeti deo opterećenja nakon loma, ali manje nego
pre pojave loma.

252/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kolaps
Kolaps kosine nastupa u uslovima potpunog loma kosine, pri čemu su posledice nastalog
loma takve da onemogućavaju dalji nastavak radova. Kolaps kosine može biti lokalnog
tipa koji zahvata deo kosine, uključujući samo deo pokosa ili pojedine berme pokosa, ili
globalnog tipa koji zahvata celu kosinu. U oba slučaja onemogućen je dalji nastavak
radova ili su potrebne ogrome investicije i vrlo obimni radovi.

Sl. 316:- Kolaps padine kao posledica loše izvedenih radova na deonici autoputa - Koridor 10 kroz
Grdeličku klisuru, Srbija
Tip loma
Tip loma predstavlja makroskopski opis uslova u kojima se lom pojavio, na primer nagib
i uzrok nastalog loma padine. Tip loma mora dati geometrijski opis nastanka loma.
Mehanizam loma
Mehanizam loma predstavlja opis fizičkog procesa u stenskoj masi pri kojem je došlo
do porasta opterećenja i pojave loma i razvoja loma u kosini.
Kinematika loma
Kinematika loma predstavlja jednostavan geometrijski opis pomeranja usled loma u
kosini.
Kinetika loma
Kinetika loma zavisna je od delovanja sila i opterećenja u kosini koja su rezultirala
pomeranjima, a što je usko povezano sa mehanizmom loma.

Lom kosina dešava se po jednom od sledeća dva modela:
nestabilnost stenske mase koja se ponaša kao ekvivalentni kontinuum, sl. 317(a) i
nestablnost stenske mase koja se ponaša kao diskontinuum, sl. 317(b).

Sl. 317:- Modeli loma kosine. (a) stenska masa ponaša se kao ekvivalentni kontinuum
(b) stenska masa ponaša se kao diskontinuum
Postoji i slučaj kada ravan loma prolazi delimično kroz stensku masu koja se ponaša kao
ekvivalentni kontinuum a delimično sledi ravan (ravni) diskontinuiteta. Skoro svi lomovi
u tlu dešavaju se po modelu koji opisuje lom kontinuuma dok je većina klizanja u stenskoj

253/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
masi posledica nepovoljne orijentacije diskontinuiteta. U stenskoj masi ravan loma
uglavnom prati diskontinuitete pošto je njihova čvrstoća neuporedivo niža od čvrstoće
intaktne stene.

U sredini koji se ponaša kao homogeni kontinuum ravan loma prolazi kroz tačke najvećeg
smičućeg napona. U stenskoj masi koja se ponaša kao diskontinuum, ravan loma sledi
„liniju najmanjeg otpora“ - mesta najmanje smičuće čvrstoće.

Na relativno blago nagnutim kosinama (Ψf< 45
0
) u slaboj steni i tlu formiraće se
zakrivljena klizna ravan (kružna kao specijalan slučaj opšte zakrivljene klizne ravni). Na
strmijim kosinama klizna ravan je skoro ravna. Osnovni modeli netabilnosti stenske mase
prikazani su na slici 318.

Model loma kosine Primer Napomena
Lom po zakrivljenoj ravni
(
curvilinear slip)

Lom po kružnoj ravni je
specijalan slučaj ovog
modela loma

Ravni lom

(Plane failure)

Diskontinuitet reba biti

približno paralelan

ravni kosine (±20
0
)

Klinasti lom

(wdge failure)

Prevrtanje

(toppling)

Ne može se analizir
ati
stabilnost metodama
graničnog ravnotežnog
stanja

Odron
(rockfall)

Pored ova četiri osnovna modela loma, treba
spomenuti i odron (rockfall) koji stvara
velike probleme naročito na prometnicama

Sl.318:- Četiri osnovna modela loma kosine

Pod pridržanjem kosina podrazumevaju se svi oni zahvati koji osiguravaju da izvedene
kosine budu sigurne i stabilne. To može biti stabilizacija pojedinih blokova stene, slojeva
koji su potencijalno nestabilni, lica kosina podložnih trošenju, kao i stabilnosti useka
dubokih građevinskih jama neposredno uz postojeće građevine odnosno njihove temelje.

254/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U ukupnom obimu mogućeg korišćenja sidara u geotehničkim radovima i građevinama,
ovo je samo mali deo područja primene sidara.

Sidra se mogu samostalno koristiti pri stabilizaciji klizišta. I tada ona učestvuju u
građevini koja se može smatrati podgradnom građevinom. U takvom sistemu odnosi tla,
sidara i ostalih delova građevine su mnogo složeniji pa se ovde neće razmatrati. Tu se
preklapaju dva geotehnička područja rada:
- podgradne građevine (konstrukcije) i
- sanacija klizišta.
Treba napomenuti da podgradne građevine, ne samo sidra nego i ostale građevinske
konstrukcije, mogu naći svoju ulogu u sanaciji klizišta. Sanacija klizišta je posebno i vrlo
složeno područje geotehnike, pa se ovde neće govoriti o tome.

1.2.8.2. Faktor sigurnosti kod metoda graničnog ravnotežnog stanja

Uslovi graničnog ravnotežnog stanja (condition of limiting equilibrium) opisuju stanje u
kojem su sile koje nastoje izazvati klizanje (sile poremećenja, driving force, disturbing
force) uravnotežene silama koje se suprotstavljaju klizanju (sile otpora, resisting force).

Kako bi se mogla iskazati stabilnost kosina koje nisu u stanju granične ravnoteže uveden
je indeks koji se uobičajeno naziva faktor sigurnosti (factor if safety). Faktor sigurnosti
može se definisati kao odnos sila otpora i sila poremećenja.

Sl. 319:- Analiza stabilnosti bloka na kosom (nagnutom) diskontinuitetu

Slika 318 prikazuje blok stene na kosom diskontinuitetu na kome deluju sledeće sile:
• Sopstvena težina bloka (W)
• Sila koje je posledica pritiska vode u zateznoj pukotini (V)
• Sila koje je posledica pritiska vode (uzgon) na kliznoj površini - ravni (U)
• Sila prednaprezanja sidra (S)
• Sila otpora (trenja)na kliznoj površini - ravni (R)
• Ugao (nagib) kosine (Ψ)

Granično stanje ravnoteže definisano je sledećim odnosom:

W sinψ +V − S cosβ = cA + (W cosψ −U + S sin β )tanφ (1)
ili
W sinψ +V − S sinθ = cA + (W cosψ −U + S cosθ )tanφ (2)

Jedna komponenta sile sidrenja redukuje sile poremećenja. Njena druga komponenta
povećava normalnu silu na kliznu ravan a na taj način i silu otpora (R).

Najmanja sila sidrenja potrebna za stabilizaciju bloka ima položaj definisan uglom

255/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
β = φ
gde je φ - ugao trenja.

Faktor sigurnosti sidrenog bloka na nagnutom diskontinuitetu definisan je jednačinom:

&#3627408441;=
&#3627408464;∙&#3627408436;+(&#3627408458;&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????−&#3627408456;+&#3627408454;&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480; ??????)&#3627408481;&#3627408462;&#3627408475; ??????
&#3627408458; &#3627408480;??????&#3627408475;??????+&#3627408457;−&#3627408454; &#3627408480;??????&#3627408475; ??????

Ova jednačina odgovara za uslove graničnog ravnotežnog stanja (F=1). Za druge
vrednosti F postoje neki teorijski problemi koji će se raspraviti u nastavku.
Faktor sigurnosti veći od jedan, F > 1, pokazuje da je blok stabilan.

Ukoliko je faktor sigurnosti kosine manji od jedan, F < 1,treba razmotriti mogućnost
stabilizacije kosine, jednom od sledećih metoda:
• dreniranjem i
• delovanjem spoljnjeg opterećenja.

Spoljnje opterećenje može se postići:

• ugradnjom stenskih sidara (rock bolts) ili kablova usidrenih u stabilnu stensku masu
• podgradom kosine nasipnim materijalom u nožici.

Faktor sigurnosti može se povećati:

• smanjenjem pritiska vode u zateznoj pukotini i na kliznoj ravni,
• povećenjem sile sidrenja.

Dakle, kao što se vidi, smanjenjem sopstvene težine smanjuju se i sila otpora i sila koja
nastoji izazvati klizanje. Zato uticaj težine na faktor sigurnosti treba pažljivo analizirati
za svaki poseban slučaj.

Faktor sigurnosti kod metoda graničnog ravnotežnog stanja može se izračunati za sledeće
modele loma:
• Lom po zakrivljenoj ravni loma (curvilinear slip)
• Ravni lom
• Klinasti lom

Na navedeni način ne može se izračunati faktor sigurnosti za sledeće slučajeve:
• prevrtanja,
• odrona.
U prethodnoj jednačini faktor sigurnosti za kosinu koja se sidri definisan je je kao:

&#3627408441;=
&#3627408454;&#3627408470;&#3627408473;&#3627408466; &#3627408476;&#3627408481;&#3627408477;&#3627408476;&#3627408479;&#3627408462;
&#3627408454;&#3627408470;&#3627408473;&#3627408466; &#3627408477;&#3627408476;&#3627408479;&#3627408466;&#3627408474;&#3627408466;ć&#3627408466;&#3627408475;&#3627408471;&#3627408462;−&#3627408454; &#3627408480;&#3627408470;&#3627408475; &#3627409155;
(3)

gde je S sila sidrenja. To znači da je pretpostavljeno da sila S umanjuje sile poremećenja.

Delovanje sile sidrenja moguće je uključiti na način da ona povećava sile otpora.

&#3627408441;=
&#3627408454;&#3627408470;&#3627408473;&#3627408466; &#3627408476;&#3627408481;&#3627408477;&#3627408476;&#3627408479;&#3627408462; +&#3627408454; &#3627408480;&#3627408470;&#3627408475; &#3627409155;
&#3627408454;&#3627408470;&#3627408473;&#3627408466; &#3627408477;&#3627408476;&#3627408479;&#3627408466;&#3627408474;&#3627408466;ć&#3627408466;&#3627408475;&#3627408471;&#3627408462;
(4)

Navedene jednačine daju različite rezultate zato je dilema, koju od njih koristiti?. Londe
sugeriše da je ispravno koristiti prvu jednačinu kada se koristi aktivno sidro (sidro je
prednapregnuto pre nego se desi bilo kakav pomak). Kod pasivnog sidra (sidro nije
prednapregnuto već samo injektirano) sila otpora javlja se tek nakon što se pomak desio,
Londe smatra da je druga jednačina prihvatljivija.

256/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za nesidrenu kosinu sa jasno izraženim kritičnim diskontinuitetom, vrlo pouzdano se
mogu izračunati sile poremećenja i sile otpora pa tako i faktor sigurnosti, međutim, za
sidrenu kosinu to je znatno teže. Naime, činjenica je da različiti elementi na kosini
različito reaguju na pokrete. Razvoj ukupne smičuće čvrstoće zahteva pomeranje na
kliznoj ravni koje može biti inkompatibilno sa pomeranjem koje je izazvano silom
sidrenja S.

Teško je očekivati da će se istovremeno u potpunosti mobilisati smičuća čvrstoća
(kohezija i ugao trenja), sila sidrenja i porni pritisci. Zato Londe preporučuje da se umesto
jedinstvenog faktora sigurnosti koristi više faktora sigurnosti zavisno od stepena
sigurnosti kojim su pojedini parametri određeni (Londe,citiran Hoek i Bray, 1977). Za
parametre koje je teže tačno definisati treba koristiti veće vrednosti faktora sigurnosti.
Faktori sigurnosti koji se odnose na pojedine parametre, često se nazivaju parcijalnim
faktorima sigurnosti. Londe, za tipične probleme, preporučuje da se koriste sledeće
vrednosti parcijalnih faktora sigurnosti, tabela 35:
Tabela 35 - parcijalni faktori sigurnosti
Parametar Parcijalni faktor sigurnosti
Proračunska vrednost
parametara Naziv
Oznaka karakteristične
vrednsoti
Oznaka Vrednost
Kohezija c fc 1,5 cd = c/fc
Ugao unutrašnjeg
trenja
tanφ fφ 1,2 tanφd = tanφ/fφ
Porni pritisak u fu 2,0 ud = ufu
Težine i sile W fw 1,0 Wd = Wfw
Napoemne: Eurokod 7, parcijalne faktore sigurnosti naziva parcijalnim koeficijentima

Faktori koji odgovaraju silama otpora (fc i fφ) su faktori umanjenja (karakteristična
vrednost kohezije i ugla trenja deli se sa vrednošću parcijalnog faktora sigurnosti).

Analizirajmo slučaj bloka na kosom (nagnutom) diskontinuitetu. Stanje granične
ravnoteže definiše se izrazom:

W sinψ +V −S cosβ = cA + (W cosψ −U + S sinβ)tanφ (5)

Primenjujući parcijalne faktore sigurnosti iz tabele 35, jednačina dobija oblik:

Wsin ψ + 2V − Scos β =
&#3627408464;
1,5
&#3627408436;+(&#3627408458;&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????−2&#3627408456;+&#3627408506;&#3627408480;??????&#3627408475;&#3627409149;)
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408475;??????
1,2

Ako gornju jednačinu rešimo po S dobije se potrebna sila sidrenja:

&#3627408506;=
&#3627408458;(&#3627408480;&#3627408470;&#3627408475;??????−&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;??????
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408475;&#3627409169;
1,2
)+2&#3627408457;+2&#3627408456;
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408475;&#3627409169;
1,2
−
&#3627408464;
1,5
&#3627408436;
&#3627408480;&#3627408470;&#3627408475;&#3627409149;
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408475;&#3627409169;
1,2
+&#3627408464;&#3627408476;&#3627408480;&#3627409149;
(6)
Pristup koji preporučuje Londe, u nekim slučajevima, i pristup sa jedinstvenim faktorom
sigurnosti, daje vrlo različite vrdnosti sile sidrenja (mogu se razlikovati i do dva puta).
(Hoek i Bray, 1977). Hek i Brej (1977) preporučuju da se za kosinu koja se stabilizuje
sidrima koristi Londeov pristup sa parcijalnim faktorima sigurnosti za proračun potrebne
sile sidrenja.

Posmatrani primer, sl.319 sa primenom parcijalnih faktora sigurnosti, dobijaju se faktori
sigurnosti za određene sile sidrenja za „aktivna“ i „pasivna“ sidra.

257/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.320:- Uz primer - analiza parcijalnih faktora
sigurnosti

Tabela 36

Smičuća čvrstoća diskontinuiteta je:
τ = σ tgφ + c (7)

Drugi je učinak sidara u unosu napona u smeru njegovog delovanja, u tlo odnosno stenu.

Time se na kritičnoj kliznoj površini povećava normalan napon odnosno otpor na
smicanje.

Sl.321:- Zasek u uslojenoj steni, mehanizam smicanja i optimalan položaj sidra

Mobilisani smičući napon duž klizne ravni - površine jednak je:
τm = c + σn∗ tgφ (8)
gde su, c, i φ, osobine materijala a, σn, napon normalan na kliznu ravan.
n= f(S)
σn, je jedina veličina na koju se može uticati. Povećanjem normalnog napona, povećaće
se i čvrstoća na smicanje, a time i moguća smičuća sila duž posmatrane klizne ravni. Ovde
se ispoljava čvrstina delovanja prednapregnutog sidra. U ovakvim modelima, uočava se
da nije predviđeno da sidra nose na smicanje.

258/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.322:- Uticaj prednapregnutog sidra
na blok koji „visi“

Najbolje bi bilo da sidro, potencijalne klizne ravni, seče normalno, jer je tada najveća
iskorišćenost sile u sidru. Međutim ovo nije uvek moguće postići.

Ako je poznata geometrija modela, onda je vrlo jednostavno odrediti normalne napone,
potrebno je samo da se zadovolji stabilnost. Sabiranjem potrebnog napona po površini
koja računski otpada na jedno sidro moguće je utvrditi potrebnu silu, S, u sidru.

Osnovno pitanje je kolika je sila prednaprezanja dovoljna da bi sidro delovalo prema
projektnim zahtevima? Ako pretpostavimo da je raspon moguće sile prednaprezanja, sl.
323, vidi se da postoji područje unutar kojeg bi se sila prednaprezanja mogla naći.

Sl.323:- Odabir sile prednaprezanja - oznake sila u geotehničkom sidru

Na slici 323 prikazane su oznake raspona sila prednaprezanja u sidru:
Sf - sila granične nosivosti sidra (čvrstoća sidra), kada se prekorači ova vrednost
sidro puca ili se izvlači.
SN - nominalna vrednost sile u sidru ili najveća sila koju mogu preuzeti kablovi ili
štap,sila prema kojoj se označavaju kablovi ili štapovi - kao nazivna oznaka kabla.
Sr - računska radna sila, koju treba sidro da preuzme u statičkom radu celokupne
geostatičke konstrukcije a prema projektovanom statičkom proračunu.
Ss - stvarna sila kojom će sidro, posredstvom prirode biti opterećeno u sistemu
posmatrane konstrukcije, a u skladu sa konkretnim uslovima postojanja sidra.
Sp - sila izvršenog i u sidru ostavljenog prednaprezanja sidra - sila prednaprezanja.

Teoretski sila u sidru bi se mogla realizovati u rasponu vrednosti od 0 do Sf, dakle:
0 ≤ S ≤ Sf (9)
gde je Sf nosivost sidra.

Nosivost sidra je ograničena sa tri moguće granične vrednosti:
1. Sfč - nosivost na čupanje;
2. Sfp - nosivost pričvršćenja kabla ili štapa, i drugih pomoćnih delova sidra;
3. So - nosivost osnovnog dela sidra (preseka snopa žica ili štapa).

259/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ove granične vrednosti nikad nisu jednake. Međusobni odnos njihovih nosivosti je
najčešće sledeći: Sfč< Sfp< So (10)

Sl.324:- Prikaz delovanja prednapregnutog geotehničkog sidra

Na slici 324 prikazano je kako funkcioniše prednapregnuto geotehničko sidro na primeru
betonskog bloka:
1- sidro pre prednaprezanja
2 - prednaprezanje sidra aktivira kontaktne napone ispod betonskog bloka
3 - na blok deluje spoljna sila P < Sp
4 - veličina sile jednaka je sili prednaprezanja sidra Sp
5 - sila S veća je od sile Sp - u sidru se pojavljuje sila S = P > Sp

Sl. 325:- Definicija čvrstoće sidra (sidrena šipka + injekciona smesa + stena) kada se
sidro ne izvlači iz bušotine (čvrstoća sidra manja od čvrstoće sidrene šipke)

Sl.326:- Definicija čvrstoće sidra (sidrena šipka + injekciona smesa + stena) kada se
sidro izvlači iz bušotine (čvrstoća sidra manja od čvrstoće sidrene šipke)

260/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 327:- Sile u zatezi

Kod geotehničkih sidara potrebno je kritički i pažljivo odabrati odgovarajuću vrednost
sile prednaprezanja, Sp, koja će sa jedne strane zadovoljiti razloge zbog kojih se sidra
prednaprežu, a neće izazvati nepovoljne učinke polja visokih naprezanja. Prilikom
odabiranja sile prednaprezanja treba voditi računa da će kod prednapregnutog sidra zbog
visokog stepena prednaprezanja doći do postupnog pada smičuće čvrstoće u dodirnom
području duž sidrene deonice, a time i do smanjene nosivosti sidra.

Navedene protivrečnosti mogu se otkloniti uvođenjem pojma samonaprezanja. Ako se u
sidro unese sila prednaprezanja, Sp, manja od računske sile, Sr, i od sile, Ss kojom će sidro,
usled međudelovanja geostatičkog sistema biti stvarno opterećeno, tada će procesom
samonaprezanja sidra doći do porasta prednaprezanjem nanešene sile, SP, na stvarno
potrebnu silu, Ss. Na taj je način ostavljena mogućnost da sidro samonaprezanjem
preuzme upravo onu silu koja je kroz geostatičko međudelovanje, (građevina) - sidro -
tlo), potrebna.

Kako je određivanje sile u sidru vrlo složen geostatički zadatak, u praksi se vrše
pojednostavljenja koja, zbog mnogih pretpostavki, daju veliki rastur rezultata.

Stvarna sila, Ss, računski se određuje kao tzv. radna ili računska sila Sr, pa je zbog toga
raspon vrednosti sile, Sr, vrlo širok, jer je posledica grubog pojednostavljenja proračuna,
ali i nepouzdanih podataka iz mikrolokacije sidra.

Za praktično korišćenje preporučuje se sila prednaprezanja koja će zadovoljiti odnos:
Sp< Sr (11)
odnosno preporučljivo je da bude:
Sp = 50% do 75% Sr.

Sa površine u tlo, sila se prenosi pomoću sajli (užadi) ili šipki (štapova), koji su u tlo
pričvršćeni pomoću sidrenog tela. U literaturi (Hanna, 1982.), užad ili štapovi mogu se
naći pod jednim imenom (eng. tendon) - tetiva, nit.. što verno opisuje taj deo sidra. Tetiva
(nit) je uvek napregnuta na istezanje.

Sidreno telo, vrlo važan deo u sistemu sidrenja, nalazi se na unutrašnjem kraju sidra, u
tlu. Može biti na vrlo kratkoj deonici, tj.:
- tačkasto (klin, produženi klin, betonski blok...),
- na određenoj dužini kraja sidra ili
- može cela dužina sidra biti povezana sa tlom.

Prva dva načina definišu sidra sa slobodnom deonicom - vrlo važna uloga, dok sidro koje
je celom svojom dužinom povezano sa okolnim tlom nema slobodnu deonicu.

Kako bi bolje shvatili ulogu sidra u građevinskim objektima moramo znati osnovne
pojmove o sidru.

261/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.8.3. Delovi sidra i koncept preuzimanja sile u sidru

Delovi sidra (detaljnije u delu 1.2.9.2. Osnovni elementi sidra)

Sl. 328:- Elementi sidra i dijagram napona u njemu

• AKTIVNA SIDRA (prednapregnuta) - unose početnu silu u konstrukciju koju
podgrađuju - podupiru nezavisno od konačne interakcije tlo-konstrukcija.
→ sila traje dok se ne pojave relativni pomaci konstrukcije i sidra.

• PASIVNA SIDRA - reaguju na silu tek kad se podgrađena konstrukcija pomeri npr.
prilikom iskopa (“ekseri ili iglice”)
→ često se koriste

• DELIMIČNO PREDNAPREGNUTA sidra ( do ½ - 2/3 projektovane sile)
→ smanjuju pomeranja konstrukcije a dozvoljavaju aktivni pritisak

Sl. 329:-Dijagram nošenja sidara

262/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1. Sidrena deonica (sidrena dužina, telo sidra)

→ projektovana dužina duž koje se sila preko ispune prenosi na okolno tlo ili stenu
(trenjem po plaštu ili proširenjem sidrenog tela);
→ najčešće se proizvodi injektiranjem cementne smese pod pritiskom. Smesa ujedno i
štiti od korozije.
→ za trajna sidra čelična zatega se smešta u rebrastu cev (ovojnicu), pa se provodi
dvostruko injektiranje

Sl.330:- Šematski prikaz mogućih oblika šidrenog tela

2. Slobodna deonica (slobodna dužina, dužina zatege)

→ dužina zatege između glave sidra i početka sidrene deonice. Namerno izolovana od
okolnog tla i ostaje slobodna za produženje pod opterećenjem,
→ kod trajnih sidara potrebna zaštita od korozije (naknadno injektiranje),
→ “ekseri“ („iglice”) i većina čvrstih, pasivnih sidara nema izraženu ovu deonicu, nego
celom dužinom grade sidreno telo.

3. Glava sidra (sidrište, kraj sidra)

→ završni deo sidra (često vidljiv) - prenosi zateznu silu na površinu tla ili u konstrukciju
→ pomoću jednostavnih mehaničkih uklještenja glava učvršćuje sidro na konstruktivnu
podgradu, ali i omogućava uvođenje sile prednaprezanja,
→ zavisno od proizvođača postoje razni tipovi glava. Posebne su konstrukcije koje
omogućavaju kontrolu sila ili prednaprezanje.
Koncept preuzimanja sile u sidru

263/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1. Čelična zatega - prvi element sidra koji preuzima zateznu silu
→ čelične šipke (“čvrsta” sidra, glatke ili rebraste), čelične žice, strukovi žica - užad
→ od visokokvalitetnog čelika - nemaju jasno izraženu granicu popuštanja
(karakteristična čvrstoća > 95% rezultata),
→ definišu se različiti kriterijumi loma zavisno od deformacije, npr. TG (sila za 0.1 %
deformacija - 0.81-š do 0.89-ž od fPU) ili naponi na granici elastične
proporcionalnosti (0.71-š - 0.67-ž od fPU),
→ trend ka konzervativnijem projektovanju FS = 1.6 za privremena do FS = 2.0 za trajna
sidra (prema fPU).

Sl.331:- Koncept prenosa sile sidra u koherentnom tlu - preuzimanja sile u sidru

Sl.332:- Koncept preuzimanja sile u sidru
2. Veza čelik - injekciona smesa (beton)

• Injekciona smesa: cement, voda, dodaci, ispuna-eventualno
- w/c = 0.35 - 0.55 (preporuka 0.40-0.45)
- pritisna čvrstoća (7 dnevna) > 20-24 N/mm
2
, za prednapregnuta sidra čak od
0 do 30 N/mm
2
→ treba projekat smese.
a - Adhezija- privlačne sile na mikro nivou, popušta već kod malih pomeranja

b - Trenje- zavisi od normalnih napona, hrapavosti, veličini pomeranja (popuštanje
pri klizanju)

c- Uklještenje- na rebrima, savijanjima, spojevima (lom izaziva pucanje cementnog tela
ili lokalno drobljenje)

264/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.333:- Veza čelik - injekciona smesa (beton) otpor veze (prianjanje)
3. Lom veze tlo - sidreno telo

Sidra u pesku i šljunku:
→ Nosivost: prvenstveno iskustveno određena (ispitivanje čupanja sidra do loma).
- Zavisi od:
- gustine i uniformnosti tla;
- geometrije sidrene deonice (dužina, prečnik);
- postupka injektiranja i primenjenom pritisku
- Karakteristika “dilatancije” tla (rezultuje većim normalnim naponima)
- Donekle (često) i od načina bušenja ili opreme
• Ne može se potpuno objasniti klasičnim teorijama mehanike tla

• Empirijske procene nosivosti sidara (preliminarne):
→ iz dijagrama nastalih na osnovu većeg broja probnih ispitivanja,
→ empirijski (približni) izrazi.

Sidra u pesku i šljunku:

Sidra u glini:

265/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.334:- Dijagram istezanja i nošenja sidra u raznim vrstama tla

Provere nosivosti sidra
a. presek čelične žice ili šipke
b. prionjivost čeličnog elementa i injekcione smese
c. trenje između sidrenog tela i okolnog tla / stene
d. globalni lom - “čupanje” iz zemljane ili stenske mase (kod stena zavisi od sistema
pukotina).

Geotehničko sidro mora biti izvedeno tako da sadrži 3 glavna elementa:
 Sidrenu deonicu Ls
 Slobodnu deonicu Lf
 Glavu sidra

266/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.335:- Osnovni elementi sidra (pritisnih i zateznih)"tendon" - (eng: telo sidra - zatega
- tetiva - kabal - nit),Hanna 1977.
Sidrena i slobodna deonica

Sidrena deonica Ls ima ulogu da se sila sa sidra prenese u tlo preko trenja. U njoj
injektirana masa osigurava prionjivost sidra i tla. Slobodna deonica sidra, dužine Lf,
osigurava zaštitu sidra od korozije, ali se njom ne predaje sila sidra u tlo.

Slobodna deonica modelirana je kao elastična opruga, a sidrena kao elastični materijal.
Geotehničko sidro preuzima samo zateznu silu, a ugrađuje se u prethodno urađene
bušotine i ugradnjom odgovarajuće injekcione mase.

Metalna komponenta geotehničkog sidra sastoji se od čeličnih žica spojenih u strukove
(niti) ili čeličnog kabla zahtevanog profila. Za izradu geotehničkih sidara koriste se razne
vrste čelika. Najčešće se koristi rebrasti čelik za tzv. pasivna (kruta sidra) ili
visokokvalitetni čelik za geotehnička sidra velike nosivosti.

Slobodna deonica, kako je već rečeno, ima vrlo važnu ulogu kod prednapregnutih
sidara. Ona svojom dužinom omogućava prenos sile u duboke, stabilne slojeve tla.
Osigurava da se uticaj sile, unesene u tlo sidrom, i ne oseća na površini kosine. Ako ovaj
učinak nije osiguran može nastati usidreni blok, odvojen od tla. U tom slučaju sidro je
bespredmetno.

Sl.336:- Usidreni blok sa sidrom nedovoljno duge slobodne deonice

Sl.337:- Nepravilno i pravilno usidreni blok sa sidrom (ne)dovoljno duge slobodne deonice

267/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Slobodna deonica osigurava elastično izduženje sidra. Time se pad sile prednaprezanja
svodi na najmanju meru i sidru se omogućava prilagođavanje na pomake koji se događaju
unutar sidrene građevine.

Slobodnu deonicu računamo na sledeći način:

Ako je x/H = tgα iz toga sledi da je:

x = H ∙ tgα
onda je slobodna deonica: tj.

Silu u sidru računamo na sledeći način:

S =  ∙ d ∙ π ∙ Ls
gde je:
 = c + n ∙ tg i

n = γ ∙ ds.

Na slici 338 prikazani su potrebni parametri za proračun, a to su:
x - širina aktivnog klina
H - visina zagatne stene
α - ugao aktivnog klina
Lf - slobodna deonica

ds - udaljenost sidra od vrha građevinske jame
S - sila u sidru
τ - smičući napon
c - kohezija
σn - normalan napon
φ - ugao unutrašnjeg trenja
γ - specifična težina tla

Sl.338:-Prikaz izvedenog sidra van zone aktivnog klina tla.

1.2.8.4. Proračun nosivosti geotehničkog sidra

Geotehničko sidro je nosivi element trajne ili privremene konstrukcije pomoću kojeg se
sile iz konstrukcije prenose u tlo. Sidra se mogu podeliti na više načina, ali glavna podela
je ona po vrsti materijala a to su štapna sidra i kablovska sidra.

Silu koju sidra prime od podgradne konstrukcije prenose je u tlo preko sidrene deonice,
sidrenog bloka ili pilota (sl. 331) pri čemu čvrstoća sidra mora biti dovoljna da ne pukne
i izvedena izvan zone klizne površine kako bi se razvili otpori u tlu.

Uz jedan primer analiziraće se geotehničko mlaznoinjektirano sidro dimenzionisano na
aksijalnu silu koje mora zadovoljiti potrebnu nosivost u odnosu na tlo i u odnosu na čelik.
Uzimajući u obzir čvrstoću čelika i marku injekcione smese, potrebna minimalna dužina
sidrene deonice iznosi:

268/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Is - najmanja potrebna dužina sidrenja (m)
ϕ - poluprečnik armature koja se sidri (m)
σv - granica velikih izduženja (kN/m
2
)
Fs - faktor sigurnosti (Fs = 1,8)
τp - dozvoljeni napon adhezije (prema „Geotehnička sidra i sidrene konstrukcije“
τp = 0,80 MPa)
Koso geotehničko sidro mora zadovoljiti potrebnu nosivost u odnosu na tlo i u odnosu na
čelik. Uzimajući u obzir prečnik i dužinu sidrene deonice, visinu nadsloja, zapreminsku
težinu tla, parametre materijala i nagib sidara, nosivost geotehničkog sidra u određenom
materijalu na određenoj dubini iznosi:

Dobijenu vrednost Af potrebno je podeliti sa faktorom sigurnosti koji za privremene
konstrukcije iznosi Fs=1,3.

Koeficijent nagiba geotehničkog sidra izračunava se:

Primer: nosivost prvog reda geotehničkog mlaznoinjektiranog sidra iznosi:

gde je:
r0 - efektivni prečnik štapnog sidra 0,5 m
l - sidrena deonica 6 m
B - koeficijent nagiba geotehničkog sidra 1,27
γ - zapreminska težina tla 19 t/m
3

φ - ugao unutrašnjeg trenja 25
o

c - kohezija 3 kN/m
2

z1 - udaljenost od površine tla do početka sidrene deonice 10 m
z2 - udaljenost od površine tla do kraja sidrene deonice 12 m
Fs - faktor sigurnosti 1,3

Nosivost geotehničkog sidra je Af = 748,46 kN

Proračunatu nosivost sidra potrebno je podeliti sa faktorom sigurnosti te se dobija:

Cementna smesa za injektiranje sidara

Injektiranje sidara izvodi se cementnom smesom sastava:
- Cement CEM I 42,5 N
- v/c faktor = 0,80
Sidreni deo sidra dužine 6,00 m izrađuje se Jet grouting (JG) tehnologijom, količina
cementa u sidrenom delu je 220 kg/m'. Injektiranje sidrene deonice vrši se pod pritiskom
od oko 300-400 bara.

Slobodni deo sidra je dužine 8,00 m, količina cementa u slobodnoj deonici je 100 kg/m'.
Injektiranje slobodne deonice vrši se pod pritiskom od oko 100 bara.

269/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 37- Neki parametri nosivosti geotehničkog sidra

Tip sidra 4 ∅ 0,6''
Kvalitet čelika fy/ftk 1.570/1.770 MN/ m
2

Prekidna sila Ptk 984 kN
Sila pri ispitivanju probna sidra 460 kN
Sila pri ispitivanju 400 kN
Max sila naprezanja Ppmax: 777 kN
Sila prednaprezanja 360 kN
Dužina sidra 14,00 m
Dužina veznog dela JG vezni deo 6,00 m
Dužina slobodnog dela 8,00 m
Ugao nagiba 20°
Rastojanje (udaljenost) između sidara 1,80 m
Prečnik bušenja 90 mm
Injekciona smesa cementna, V/C = 0,8

Sl.339:- Prikaz potpornog zida izvedenog sa sidrima

Primer

270/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.8.5. Predanprezanje sidara

U građevinama, u kojima je sidro temeljni deo podgrade, za efikasnost sidra bitno je
prednaprezanje. Sidro je na taj način aktivno odmah nakon prednaprezanja što znači da
nije potreban pomak da bi se aktivirao učinak sidra. Prilikom naknadnih pomeranja u
usidrenom tlu, u sidru nastaje samonaprezanje, povećanje sile usled novonastalog
pomeranja u tlu.

Prema EN 1537:1999 preporučuje se da sila prednaprezanja bude do 65% karakteristične
nosivosti tetive sidra. Kod geotehničkog sidra prednaprezanje se izvodi sa ciljem da se:
1. Sidro po potrebi aktivira i to putem procesa samonaprezanja,
2. Spreče eventualni štetni pomaci usidrenog objekta,
3. Provede kontrola uspešnosti ugradnje sidra i
4. Izazovu povoljni efekti među stenskim blokovima i fragmentima.

Kad bi se tlo ispod glave sidra vremenom moglo pomaknuti baš za vrednost Δle, u smeru
prednaprezanja, sila prednaprezanja bi pala na nulu. Prema tome, proizlazi zaključak da
treba težiti za tim da odnos Δle /Δlt (izduženje tetive/pomak tla ispod glave sidra), bude
što veći. Kako je pomak tla ispod glave sidra funkcija svojstava tla pa se na to teško može
uticati, preostaje da se deluje na vrednost, Δle. Ako je tetiva (uže ili štap) glavni deo sidra
unutar kojeg se ostvaruje izduženje Δle, prema Hooke-ovu zakonu može se pisati:

∆&#3627408473;
&#3627408466;=&#3627408454;
&#3627408477;∙
&#3627408447;
&#3627408467;
&#3627408440;∙&#3627408441;

gde je:
Δle - produženje sidra
Sp - sila prednaprezanja sidra
Lf - dužina slobodne deonice
E - modul elastičnosti
F - površina preseka natezanog članka

Što znači da će izduženje, Δle, pri nekoj sili, Sp, biti veće, ako je slobodna deonica, Lf ,
duža, ako površina preseka tetive, F, manja i manji modul elastičnosti, E.

Površina preseka čeličnog elementa može se smanjiti koristeći čelik velike čvrstoće tzv.
visokokvralitetni čelik. Sila prednaprezanja u sidro se unosi tek kad sidreno telo očvrsne.

Na slici 340 prikazan je učinak prednaprezanja na pomeranja u tlu. Ako je, Sp, sila
prednaprezanja a, P, trenutna veličina sile u sidru, sa slike je jasno, kakav je učinak
prednaprezanja na veličinu pomeranja koje se može ostvariti kod sidrene podgradne
građevine, ali i kod svih drugih sidrenih građevina. Kada je pomeranje sprečeno nije
moguće ostvariti aktivni pritisak. Veličina pomeranja je sprečena ili bitno smanjena ali je
povećan bočni pritisak. Iz tih razloga se potporni zidovi sidre pasivnim sidrima i
zategama. Tada je moguće ostvariti dovoljno pomeranje, da bi se aktivirao puni aktivni
pritisak. Kada je potrebno sprečiti pomeranja, koriste se prednapregnuta sidra. Kod
potpornih i zagatnih zidova koriste se ova sidra onda kada je potrebno sprečiti pomeranje
zida ili zagatne površine kako bi se sprečila oštećenja na susednim zgradama, koje ovakve
građevine štite od uticaja iskopa građevinske jame. U tom slučaju potrebno je proračun
vršiti korišćenjem koeficijenta bočnog pritiska mirovanja, jer je stvarno stanje bliže
mirovanju nego aktivnom stanju.

271/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.340:- Odnos sile i deformacije u pasivnom i prednapregnutom sidru

Kada se sila napona u sidru unosi u smeru njegovog delovanja, u tlo odnosno stenu ima
sasvim drugačiji učinak. Tada se na kritičnoj kliznoj ravni povećava normalan napon
odnosno otpor na smicanje.

U savremenoj tehnologiji građenja često se koriste, pri izgradnji različitih inženjerskih
objekata, prethodno napregnuta geotehnička sidra (prednapregnuta sidra). Njihova
primena uslovljena je razvojem sistema prednaprezanja betona i odgovarajućom
opremom za izvođenje bušotina u tlu. U uslovima eksploatacije objekata inspekcija ovih
konstruktivnih elemenata nije moguća. Zato je neophodna stroga kontrola pri izvođenju.
ovih konstruktivnih elemenata, na primer metodologija kontrole prema švajcarskim
propisima za prednapregnuta geotehnička sidra SIA 191/1977 ili prema EN 1537:1999.

Prethodno napregnuta (prednapregnuta) geotehnička sidra značajan su element
savremene tehnologije građenja različitih objekata niskogradnje, visokogradnje i
hidrogradnje. Njihova primena uslovljena je:
- razvojem sistema prednaprezanja konstrukcija,
- primenom odgovarajuće mehanizacije i opreme za izvođenje bušotina u tlu.
U svetu se ovi konstruktivni elementi primenjuju više od 70 godina.

Od prednapregnutih geotehničklih sidara u velikoj meri zavisi sigurnost objekata pri čijoj
su izgradnji ona primenjena. Kako se pri tome radi o elementima čija je inspekcija u toku
eksploatacije objekata nemoguća, to je neophodno posvetiti veliku pažnju njihovom
izvođenju.

Geotehnička sidra primenjuju se kao pasivna (nezategnuta) ili kao prednapregnuta, kao
trajna ili privremena, pri izgradnji različitih objekata (sl.341).

Sl.341:-Primena prednapregnutih geotehničkih
sidara:
1) izgradnja dubokih useka,
2) privremeno osiguranje temelne jame u urbanim
sredinama,
3) sidrenje kalota i bokova podzemnih dvorana,
4) osiguranje potpornih zidova,
5) sidrenje dokova (bazena)

272/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Bez ulaženja u konstruktivne detalje, koji u mnogome zavise od vrste sidra (stalno ili
privremeno) i primenjenog sistema prednaprezanja i njegovih karakteristika (vrsta čelika,
tipovi ankerskih glava, tipovi zaštitnih cevi) sastavni elementi geotehničkih sidara
prikazani su na sl. 335 i 342.

Sl.342:- Prikaz opterećenja ankera. SR - otpor na izvlačenje, SS - otpor trenja plašta, Sp
- otpor na kraj sidrenog tela, Ls - dužina sidrenja, d - prečnik sidrenog tela

I faza injektiranja obuhvata sidrenu zonu (ls) i prostor između zida bušotine i zaštitne cevi.
Kao zatege mogu se koristiti sve vrste visokokvalitetnog čelika za prednaprezanje: glatke
žice, užad i šipke. Ukupna dužina geotehničkog sidra može dostići i više desetina metara,
u zavisnosti od debljine nestabilnog sloja (sloja male nosivosti), dubine stabilnog tla
(stene) i nosivosti sidra. Kao injekcioni malter pretežno se koristi cementna injekciona
smesa. Tehnički uslovi za cementnu injekcionu smesu kod nas su propisani satandardom
SRPS U.E3.015.

Razlika između trajnog i privremenog geotehničkog sidra sastoji se u tome što privremena
sidra u sidrenoj zoni imaju jednostruku zaštitu a trajna trostruku.

Proračun sidrenih konstrukcija i geotehničkih sidara obuhvata dve faze:
- proračun globalne stabilnosti sidrene konstrukcije - odnosno sigurnosti na klizanje,
prevrtanje i uzgon kao i izbor zone osiguranja;
- određivanje lokalne stabilnosti sidra - odnosno izbor tipa sidra i određivanje sidrene
(ls) i slobodne (lf) dužine sidra.

Prva faza proračuna zasniva se na uobičajenim metodama građevinske statike. Druga faza
je specifična i zahteva bliže objašnjenje. Ona podrazumeva poznavanje srednje vrednosti
primarnog normalnog napona u sidrištu (σn), mobilisane kohezije (Cs') i mobilisanog ugla
trenja po obodu sidrišta (θs'). Tada je, na osnovu Mohr-ovog kruga, srednji tangencijalni
napon (τn) po obodu sidrišta:
τn = Cs' + σn*tg θs'
Pri tome se srednja vrednost normalnog napon (σn) određuje iz primarnog vertikalnog
napona pritiska (σv) i odgovarajućeg horizontalnog primarnog pritiska (K0∙σv) prema:
σn = 0,5∙(1 + K0)∙σv
gde je:
K0 = 1 - sinθs', a kreće se u granicama od 0,25-1,0.

Ukupna računska nosivost (Sr) sidra za stvarni prečnik bušotine (2πr) iznosi:
Sr = τn∙2πr∙ls = 2πr∙ls∙[Cs' + 0,5∙(1 + K0)∙σv∙tg θs'].
Prečnik bušotine (2r) određuje se iz geometrijskih uslova za smeštaj elemenata samog
primenjenog tipa sidra i tehničkih mogućnosti garniture za bušenje. U slučaju prethodne
konsolidacije tla injektiranjem može se računati sa povećanim prečnikom bušotine (2R).

Dozvoljeno opterećenje sidra (Sd) iznosi: Sd = Sr/Fs, gde je Fs faktor sigurnosti.
Dužina sidrene zone (lvr) određuje se prema:

273/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
ls = Sv/τn∙2πr = Sd∙Fs/ τn∙2πr
a proverava se prema nosivosti spoja zatege i injekcionog maltera (τa):
ls = Sr/n∙ τa∙d∙π = Sd∙Fs/ n∙ τa∙d∙π
gde je:
- n - broj žica (užadi),
- d - prečnik pojedinačne žice (šipke, užeta),
- τa - dozvoljen smičući napon između primenjenog čelika i injekcionog maltera.
Usvaja se veća vrednost.

Koeficijent sigurnosti (Fs) zavisi od propisa i tipa sidra (privremeno ili trajno). Za
privremena sidra iznosi 1,3 - 1,8 a za trajna 1,6 - 2,0. Adhezija između čelika i injekcionog
maltera (τa) za čvrstoću injekcionog maltera od 30 MPa, koliko se traži prema standardu
(SRPS U.E3.015), iznosi 2,50 MPa za glatki čelik a 3,50 MPa za rebrasti. U svakom
slučaju radi se o teoretskim (računskim) vrednostima dozvoljene sile u prethodno
napregnutim geotehničkim sidrima. Dozvoljene početne sile u prednapregnutim
geotehničkim sidrima određuju se eksperimentalnim putem.

Kriterijumi koje radna sidra treba da zadovolje su:
- prirast deformacija (Δl') pri sili S = const odnosno pad sile (ΔS') pri Δl' = const mora
biti u granicama (2%, 1% i 1%) pri vremenu osmatranja od Δt, 3Δt ili 10 Δt;
- zaostala deformacija (Δlbl) mora biti manja od zaostalih deformacija registrovanih
ispitivanjem probnih sidara.
Praćenje sile u kontrolnim sidrima obavlja se posebnim mernim ćelijama.

Ako je tetiva (užad ili štap) glavni deo sidra unutar kojeg se ostvaruje izduženje le, prema
Hukovom (Hooke) zakonu može se pisati:

To znači da će izduženje, le, pri nekoj sili, Sp, biti veće, što je duža slobodna deonica,
Lf, manja površina preseka tetive, F, i manji modul elastičnosti, E. Prema EN 1997-1,
preporučena najmanja dužina slobodne deonice prednapregnutog sidra treba biti 5m. Sila
prednaprezanja u sidro može se uneti tek nakon očvrsnuća sidrenog tela.

1.2.8.6. Ispitivanje sidra

Računski je nemoguće precizno odrediti čvrstoću na smicanje između tla/stene i sidrenog
tela, jer ona zavisi od parametara koji nisu jednoznačni. Isto tako nije moguće precizno
odrediti veličinu sidrenog tela koja će se stvarno izvesti u tlu/steni (zavisi od pritiska
korišćenog kod injektiranja i o zbijenosti/krutosti okolnog tla/stene).

Iz tih se razloga uvek zahteva ispitivanje sidara. Rezultati ispitivanja daju najpouzdaniji
podatak, a sa kojim je potrebno izvršiti proveru proračuna sidara u sidrenoj građevini.

Prema EN 1537 provode se tri tipa ispitivanja:
ispitivanje probnih sidara ("investigation test") - meri se karakteristična otpornost sa
kojom će se dimenzionisati sidra - opterećenje do čupanja,
test prikladnosti ("suitability test") - proverava se dali sidro ima proračunom
predviđenu karakterističnu otpornost - opterećenje do čupanja i
test prihvatljivosti ("acceptance test") - ispituje se svako ugrađeno sidro
opterećivanjem do vrednosti predviđene projektne otpornosti.

274/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1. opterećenje do 5% maksimalne sile (sila “nameštanja”),
2. opterećenje u inkrementima od ~ 20% maksimalne sile,
3. zadržavanje sile na postignutom stepenu 5-10 min. sa merenjem pomaka u vremenu i
4. rasterećenje i ponovno opterećenje do veće ili maksimalne sile za ispitivanje.

 Granica popuštanja čeličnog preseka
 Maksimalna sila za ispitivanje

Sl.343:- Dijagram ispitivanja i opterećenja ankera

Prema EN 1997-1 potrebno je ispitati najmanje 2% svih ugrađenih sidara (za trajna sidra),
ili najmanje 1 (jedno) sidro za svaki skup različitih uslova u tlu/steni, kako bi se utvrdila
karakteristična otpornost sidra na čupanje (granična nosivost).

Prema "Suggested methods for rocbolt testing" (ISRM) potrebno je ispitati 5 sidra da bi
se utvrdila granična nosivost štapnih sidara u određenoj stenskoj formaciji.

Sl.344:- Šematski prikaz ispitivanja geotehničkog sidra

275/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 345:- Ispitivanje geotehničkog sidra in situ

Sl. 346:- Ispitivanje sidra - uređaji, vrste sidara i ispis dobijenih rezultata

1.2.9. Sidrenje stenskih masa

Kako je već rečeno u samom uvodu o sidrenju, ovde će se detaljnije razmatrati uloga
sidrenja - poboljšanja stenske mase sidrima. Osnovni cilj je bio, mislilo se, da ima smisla
sidriti samo diskontinuirani stenski masiv, radi sprečavanja pokreta pojedinih blokova.
Ipak i sidrenje kontinuiranih stenskih masa ima smisao, jer se na taj način poboljšavaju
mehaničke osobine stenskog masiva, a time i njihovo ponašanje u okolini iskopa. Tako
će lakše podneti povećanje devijantnih napona i teže će doći u stanje loma. Sidrenje kod
diskontinuiranih stenskih masa ima dvojaki efekat:
- poboljšanje mehaničkih i strukturnih osobina stenskog masiva;
- sprečavanje velikih pomerenja kompaktnih blokova stene.
Sidra su jedan od osnovnih podgradnih elemenata sa kojima se poboljšavaju fizičke i
mehaničke karakteristike stenske mase oko iskopa.
 Ugrađuju se sistematski kao deo standardnog podgradnog sistema.

 Broj sidara, njihova dužina, nosivost i raspored zavisi od kvaliteta stenske mase,
veličine i oblika poprečnog preseka i dužine napredovanja.

276/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Uloga pojedinačnog sidrenja je da sanira lokalne pojave nestabilnosti i smanjuje
mogućnost geoloških odlamanja (odvaljivanja) stenske mase.

Uloga sistematskog sidrenja je povećanje ili održavanje čvrstoće stenske mase i
ravnomerna raspodela opterećenja oko podzemnog iskopa.

Dakle, sidrenje je postupak poboljšanja svojstava terena, pre svega nosivosti i stabilnosti.
Ostvaruje se ugrađivanjem čeličnih elemenata (žica, šipki, užadi) u stensku masu.
Sidrenje je postupak ugradnje sidara, čime se postiže čvršća veza među pojedinim
blokovima ispucale i nestabilne - izdeljene stenske mase. Sidrenjem se postiže povećanje
stabilnosti nestabilnih delova padine ili iskopa, a samim tim smanjuje njenu
deformabilnost.

Sidrenje se može primenjivati i za vezu objekta za čvrstu podlogu (potpornog zida,
temelja objekta i dr.) čak i onda kada taj objekat nije fundiran direktno u tu čvršću
podlogu.

Prema nameni i delovanju, sidra su linijske geotehničke građevine ugrađene u tlo ili
stensku masu. Ove linijske geotehničke sidrene građevine opterećenja preuzimaju
sistemom sidara učvršćenih iza potencijalne klizne mase - klina. Sidra su nosivi elementi
ugrađeni u unapred izvedene bušotine u tlu.

Zavisno od namene, ima ih raznih vrsta. Na primer, različita su sidra koja se ugrađuju u
stensku masu od onih koja se ugrađuju u tlo. Funkcija i namena im je slična. Povezuju
spoljne površine tla - lice tla sa stabilnom masom u dubini.

Uz sidra na površini tla može postojati nosiva građevina. Površinsku nosivu građevinu
mogu graditi pojedinačni blokovi, grede, ploče i ljuske. Opterećenje je uvek od tla dok je
vodi omogućeno slobodno isticanje na površinu. Na taj način nema mogućnosti pojave
hidrostatičkog pritiska. U ovu grupu mogu se svrstati i tzv. igličane ili ekserane građevine.
One se sastoje od većeg broja sidara i površinske građevine. Neki autori iglene građevine
svrstavaju u ojačana tla, zajedno sa armiranim tlom.

Sidrene građevine nemaju temelje, odnosno mogu imati pojedine stope koje preuzimaju
deo sopstvene težine građevine. Oblik im je uvek prilagođen obliku površine koju
stabilizuju, npr. kosine koju
pridržavaju. Najčešće se izvode za
osiguranje tunelskih iskopa ili zaseka
u stenskim masama.

Iskopi u slaboj steni - dužine i
položaj sidara.

Sl.347:- Dužina stenskih sidara i
kablova koji se koriste za podgradu
krova u velikim iskopima u slaboj
stenskoj masi.Jednačine koje definišu
trendove predložili su Barton i
sar.(1989).

277/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.348:- Dužina stenskih sidara i kablova koji se koriste za podgradu bočnih strana u
velikim iskopima u slaboj steni. Jednačine koje definišu trendove predložili su Barton,
Barton i sar. (1989).

Sl.349:- Koncept zaštitne konstrukcije - poprečni presek

Sl.350:- Delovanje aktivnog sidra (a) i pasivnog sidra (b) u zaštitnoj konstrukciji.

278/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Pod stabilnošću zagatne stene prvenstveno se misli na koji način je izvedena, odnosno da
li je izvedena kao konzola ili je pridržana geotehničkim sidrom. Nakon što izračunamo
sve sile i pritiske u tlu potrebno izračunati sumu momenata na tačku rotacije. Kod
konzolnih stena to je na dnu, odnosno u tački B, a kod
zagatnih stena pridržanih sidrom to je u tački
pridržavanja, odnosno u tački A.

Sl.351:- Tačke na koje se proverava uslov ravnoteže,
ΣM=0.

Sidro (anker - anchor) - je element koji se ugrađuje u tlo/stenu, a služi za armiranje i/ili
prenošenje zateznih opterećenja u tlu/steni. Sidro prenosi zateznu silu iz građevine u
okolno tlo/stenu. Ankeri ili sidra su konstruktivni elementi u obliku čeličnih štapova ili
kablova, koji imaju statičku funkciju. Po pravilu, sidra preuzimaju opterećenje od stenske
mase ili tla, ili se putem sidara sile unose u stensku masu i time se postiže korisno
prednaprezanje.

Sidra su, dakle, linijske geotehničke građevine ugrađene u tlo ili stensku masu u unapred
izvedene bušotine. Mogu delovati samostalno, ali i kao delovi složenih građevinskih
zahvata. Moraju delovati tako da pritiske sa površine i/ili labilnih delova kosine prenesu
u dublje, stabilne slojeve tla ili stene.

Sidra su građevine opterećene na istezanje i služe za unošenje i/ili preuzimanje zateznih
napona u tlu. Ugrađuju se na onim mestima gde se pojavljuju i naponi koja tlo ili površina
dodira građevina - tlo, ne mogu preuzeti.

Međutim, može se iskoristiti i za prenošenje pritisnih sila - i tada se posmatra kao pilot
malog prečnika (mikropilot).

Prednapregnuta sidra u steni prvi put su upotrebljena 1935. godine kod gradnje brane
Cheurfas u Alžiru. Injektirana sidra u tlu počela su se razvijati od 1958.godine.

Sl.352:- Sidro - osnovni delovi kablovskog sidra

Sidra se u građevinarstvu koriste veoma mnogo i pri vrlo različitim vrstama radova.
Pojmovi: "ground" - tlo ; "soil" - zemlja ; "rock" - stena (misli se na stensku masu).

279/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.353:-Sidrena građevina sa armirano
betonskom pločom na površini kosine

1.2.9.1. Podela sidara (ankera) - vrste sidara i način prenosa sila u tlo

Sidro - je nosivi element trajne ili privremene konstrukcije pomoću kojeg se sile iz
konstrukcije prenose u tlo. Sidra (ankeri) se klasifikuju po više osnova, jedna je i ova:
- veku upotrebe,
- nameni,
- načinu ugradnje i
- načinu prenosa opterećenja sa ankera na tlo.
Sidra sa vekom upotrebe dužim od 24 meseca smatraju se trajnim sidrima. Trajnasidra
uvek imaju neku vrstu antikorozivne zaštite zavisno od veka trajanja same konstrukcije,
ustanovljene agresivnosti sredine, korozivnosti tla i mnogućih konsekvenci pucanja,
kidanja sajli.
Sidra se mogu podeliti na više načina:
1) Prema građi, na štapna i kablovska;
2) Prema tlu u koje su ugrađena, na sidra u tlu (ground anchors) i sidra u steni (rock bolts);
3) Prema vrsti sidrenja na uklinjena sidra sa tačkastim sidrenjem i injektirana sidra
(grout anchors) sa sidrenom deonicom duž celog sidra ili jednog njegovog dela;
4) Prema načinu delovanja na pasivna i aktivna sidra;
5) Prema vremenu delovanja na trajna i privremena sidra.
Prema vremenu u kome je potrebno da deluju sidra razlikuju se dve vrste:
- trajna i
- privremena.
Prema načinu sidrenja, sidra mogu biti:
- sidro sa rascepom i klinom,
- sidro sa ekspanzionom čaurom,
- perfo sidra-atheziona sidra,
- sidra sa injektiranom glavom i dr.
Zavisno od stepena prednaprezanja (So /Se), gde je So početna sila prednaprezanja, a Se
sila koja odgovara uslovnoj granici elastičnosti, sidra mogu biti prednapregnuta i pasivna.

Zavisno gde se ugrađuju i namene, sidra mogu biti „zemljana sidra“(ground anchor) i
„stenska sidra“ (rock bolts).
U praksi se susreću sidra koja predstavljaju različite kombinacije prethodno spomenutih
svojstava prema kojima su sidra podeljena.

280/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Proizvođači sidra dele na sidra povezana tlom pomoću injektirane, sidrene deonice i sidra
sa tačkastim, mehaničkim prenosom sile na stensku masu.
Najčešće sidra nose nazive prema proizvođačima koji su ih patentirali.
Još jedna osobina sidra nije navedena u gornjoj podeli, a to je sidro sa i bez slobodne
deonice. Većina sidara ima slobodnu deonicu. Slobodna dionica je vrlo važna za
delovanje sidra.
Dakle, osnovna podela sidara je načelno prema vrsti tetive na "štapna" sidra (single bar
anchor, bar tendon) i "kablovska" sidra (multi-strand tendon, multiple bar anchor), ali
ova podela nije opšte prihvaćena. Razlog je što se i na engleskim govornim područjima
isti tipovi sidara različito nazivaju.
U odnosu na neke karakteristike, sidra se mogu podeliti na:
 Štapna sidra - koja predstavljaju čeličnu šipku, koja je usidrena u steni, i to na njenom
karaju putem mehaničkog uklještenja, ili po celoj dužini putem adhezije.
 Kablovska sidra - predstavljaju snop čeličnih žica, koja se sidre adhezijom u tzv.
sidrenoj središnjoj deonici.

Sl.354:- Podela sidara (ankera) - vrste sidara i način prenosa sila u tlo

281/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.355:- Dijagram klasifikacije zemljanih sidara

Sl.356:- Dijagram klasifikacije stenskih sidara

Sl.357:- Jedna od podela sidara

282/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sidra s obzirom na način "sidrenja" odnosno prenošenja sile na okolno tlo/stenu, kako je
već rečeno, dele se i na:
- mehanički pridržana,
- injektirana,
- lepljena pomoću epoksi smola,
- frikciona (trenjem učvršćeno), itd.

Zavisno od toga dali se tokom ugradnje vrši prednaprezanje ili ne, tj. prema načinu
aktiviranja zatezne sile, sidra se dele na:
- aktivna (prednapregnuta) sidra i
- pasivna(nisu prednapregnuta) sidra - potreban je impuls-pomak da bi se prenos sile
"aktivirao".

Sl.358:- Šema podele- aktivna i pasivna sidra
Prema načinu prenosa sile sa sidara na tlo ili stenu, sidra delimo na:
 Linijska - sila se prenosi duž čitavog sidra
 Tačkasta - prenos sile na ograničenom donjem delu sidra
Prenosom površinom - obimom - plaštom;
 Zapreminskim prenosom - telom.

Sl.359:-Prema načinu prenosa sile sa sidara na tlo ili stenu
Prema vrsti sidrenja sidra se dele na:
- sidra sa mehaničkim sidrenjem kraja zatege,
- sidra sa sidrenjem adhezijom i
- kombinovana, sa mehaničkim sidrenjem i adhezijom.
Po postojanosti sidra delimo na:
 sidra za privremene građevine i
 sidra za stalne svrhe - objekte.
U pogledu načina upotrebe i primenjenu antikorozivnu zaštitu (EN 1537:1999), sidra
se dele na:
- trajna sidra - kod kojih vek trajanja mora biti jednak veku trajanja konstrukcije koja
se sidri.

283/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- privremena - se smatraju ona sidra kod kojih vek trajanja iznosi do 2 godine.
- probna geotehnička sidra - su ona koja su na poseban način oblikovana i ugrađena. Na
ovim sidrima se vrše ispitivanja na osnovu kojih dobijamo podatke vezane za izbor vrste
sidra i dužine veznog dela sidra.

Sl.360:-Podela sidara prema načinu upotrebe
Prema načinu izvođenja sidra se dele na:

- Adheziona (štapna sidra) - predstavljaju čelični štap na jednom kraju čvrsto usidren u
bušotinu pomoću mehaničkog uklještenja (sidrene pločice i tsl.) ili sidrenjem adhezijom.

Sila nastaje nakon pomaka konstrukcije. To su ankeri - sidra koja služe za preuzimanje
većih zateznih (obično horizontalnih) sila (iznad 400 kN), relativno su dugačka (do 50 m).
Mogu biti trajna ili privremena (trajnosti do 2 godine). Upotrebljavaju se kod izvođenja
zaštite građevinskih jama, zatim za učvršćenje velikih razmerno strmih kosina, iskopa
trošnih ili jako dezintegrisanih uslojenih raspucalih stenskih masiva i sličnih građevina.
Injektirana štapna sidra ugrađuju se u bušotine ispunjene cementnom smesom ili
smesama sa dodacima, hemijskim injekcionim smesama, injekcionim smesama na bazi
smola i dr.
- Prednapregnuta (geotehnička sidra)- sila se kontrolisano unosi u konstrukciju u fazama
za vreme izvođenja, za velike sile preko 500 kN.

Sl.361:-Prema načinu izvođenja sidra - elementi za prednaprezanje

284/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kako je već rečeno, sidra s obzirom na način "sidrenja" odnosno prenošenja sile na
okolno tlo/stenu, dele se i na:
- mehanički pridržana,
- injektirana,
- lepljena pomoću epoksi smola,
- frikciona (trenjem učvršćeno), itd.

Sl.362:- Prorezan - rascepani vrh za
postavljanje klina - klinasto sidro

Sl.363:-Komponente mehaničkog stenskog
sidra sa mogućnošću injektiranja

Sl.364:- Stenska sidra sa ograničenom sposobnošću deformacije - injektiranja smolom i cementom

285/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.365:- Stenska sidra sa velikom sposobnošću deformacije - popustljiva sidra-cevasta sidra trenjem
sidrena štapna sidra

Sl.366:- Tipična konfiguracija za stvaranje smole injektiranog sidra.

Smola za injektiranje podrazumeva postavljanje sporih kapsula smole iza brzih kapsula za sidro i
okretanje šipke za sidro kroz njih za mešanje smole i katalizatora. Sidro je zategnut nakon što je
postavljena sidrena smola za brzo postavljanje, a kasnija smola postavlja se kasnije kako bi se štap –
sidro ostalo na mestu.

Sl.367:- Injektirano sidro sa perforisanom šipkom umetnutom u rupu ispunjenom injekcionom smesom

286/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.368:- Pričvršćeni kablovi mogu se koristiti umesto armature kada je potrebna fleksibilna podrška ili
gde udar i trenje mogu izazvati probleme sa čvrstom podgradom.

Sl.369:- Zatezni tip sidra - razvojna dužina - naponi
Razvojna dužina - naponi (Development Length - Tension)

gde je:
α -faktor položaja armature reinforcement location factor
β -faktor premaza armature reinforcement coating factor
γ - Faktor veličine pojačanje reinforcement size factor
λ - factor lakoagregatnog betona lightweight aggregate concrete factor
c - razmak ili dimenzija pokrivke spacing or cover dimension transverse reinforcement index,

K
tr
= 0 je kao pojednostavljenje projekta.

Višak ojačanja: ld se takođe može modifikovati prema (A
s
prema potrebi/A
s
kako je
predviđeno).

l d
f
f
in
d b
y
c
cK
d
tr
b











09
12
12. .
'
 cK
d
tr
b

25. sn
fA
tr
yttr
K
1500


287/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.370:- Kompresioni tip sidra - razvojna dužina - kompresija
Razvojna dužina - kompresija Development Length - Compression

ldc se može menjati na sledeći način:
Ojačanje koje prelazi ono što se zahteva analizom.
A′s potrebno/A′s pod uslovom ...

Spiralno ojačane šipke i stubovi omotani usko razmaknutim vezama ... 0,75

Nakon što se talog dovoljno stvrdne nosivost svakog sidra testiran je tokom testa
odobravanja.

1.2.9.2. Osnovni elementi sidra

Po definiciji, sidro se sastoji od tri glavne komponente:
- glave sidra,
- sidrene (vezane) dužine i
- slobodne (nevezane) dužine sidra, sl.371, 372.

Sl.371:- Šema delova sidra injektiranog na jednom delu

Sl.372:- Skica delova ankera - osnovni elementi sidra (pritisnih i zateznih)"tendon" - (eng: telo sidra -
zatega - tetiva - kabal - nit) - prema Hanna 1977. .80003.0
'
02.0
indfdl
byb
f
f
dc
c
y


288/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Glava sidra, glava sidra prenosi silu sidrenja na potkonstrukciju i na taj način na
konstrukciju, koja mora biti usidrena.

 Vezana dužina, Ls -sidrena (vezana) deonica Ls ima ulogu da se sila sa sidra prenese
u tlo preko trenja. Sidro je fiksirano u bušotini pomoću injekcione mase (cementni
malter) koja osigurava prionjivost sidra i tla i prenosi silu sa sidra na nosivo tlo vezom
(kotvom) ili trenjem po obimu - plaštu sidra.

 Nevezana dužina, Lf -uloga slobodne (nevezane) deonice sidra, dužine Lf, je višestruka
pa je ponekad potrebno više vremena za određivanje slobodne deonice nego sidrene
deonice Ls. Slobodna deonica sidra, dužine Lf, osigurava zaštitu sidra od korozije, ali
se njom ne prenosi sila iz sidra u tlo.

Postoje dva osnovna faktora koja utiču na izbor većih dužina slobodnih deonica sidra Lf,
a to su:
 Potreba prenosa sile u duboku pozadinu objekta kako bi se ušlo u stabilne formacije
stene ili tla i da bi se umanjio povratni refleks opterećenja iz sidrene zone u usidreni
objekat.
Ostvarivanje fleksibilnosti geotehničkog sistema radi omogućavanja što većeg
elastičnog produženja sidra, kako bi:
- pad sile prednaprezanja bio što manji i
- kako bi se omogućilo geotehničkom sidru da se u što većoj meri adaptira na
deformacije, tj. pomacima do kojih dolazi unutar sidrene konstrukcije.

Slobodna dužina sidra zavisi:
 od osobine poluprostora,
 od položaja linije loma koja je određena putem analiza stabilnosti,
 od težine mase tla koja se aktivira oko sidra za slučaj sigurnog prenošenja sile,
 od čvrstoće padinskog masiva i
 od dimenzije bloka na spoju koji mora biti stabilizovan na svojoj poziciji.

 Glava sidra - služi za prenošenje sile iz tetive sidra u elemente građevine.

Sl.373:- Elementi glave sidra (sidrenog bloka) i glave niza sidara, ostrvo Tokušima, Japan

Sl.374:- Primeri glave sidara: stalna sidra i ugradnja pod uglom

289/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Tetiva sidra (telo sidra, zatega, "tendon", tetiva, šipka, kablovi, nit) - osnovni nosivi
element sidra, a može biti izrađeno od:
- čelične šipke (npr. armaturno rebrasto gvožđe, konstruktivni čelik),
- čelične žice,
- čeličnih kablova (užad) i
- stakloplastike.

Iz ovih elementa često proizlazi podela na "štapna" (bar tendon) i "kablovska"(multi-
strand tendon) sidra. Odabir materijala za izradu tetive zavisi od veličine sile koju je
potrebno preneti, dužini sidara, uslovima proizvodnje i transporta. Osnovna svojstva koja
treba poznavati kod odabira tetive su:
- čvrstoća materijala,
- elastična svojstva,
- svojstva puzanja i
- relaksaciona svojstva.

Sl.375:- Primeri preseka čeličnih kablova (užadi) za "kablovska" sidra

290/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Injekciona smesa ("grout") - obično cementni malter bez agregata sa vodocementnim
faktorom 0.38-0.50 (EN197-1). Ukoliko dolazi do velikog gubitka injekcione smese kod
injektiranja može se dodati inertno punilo kao što je pesak. Ako se u tlu nalaze agresivni
elementi kao što su ugljena kiselina ili sulfatne soli, tada treba koristiti cemente koji su
otporni na ove uticaje.

Koriste se i smese na bazi epoksi smola.
Osnovna funkcija injekcione smese je da pričvrsti tetivu za okolno tlo/stenu. Druga
funkcija je da zaštiti tetivu od korozije.

Tabela 38 - Karakteristike ispune (injekciona smesa) sa različitim odnosima voda/cement sa pratećim
opisom (Hyett i sar, 1992):
.

 Sidreno telo (sidrena deonica) je deo sidra koji služi za prenos opterećenja u tlo.

Sl.376:- Načini injektiranja kablovskog sidra
Načini injektiranja i formiranja sidrene deonice

Sl.377:- Načini injektiranja kablovskog sidra

291/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.378:-Tipovi sidara s obzirom na način formiranja sidrenog tela

Sl.379:-Način mehaničkog proširenja sidrenog tela

292/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.3. Zemljana sidra - klasifikacija zemljanih sidara (ankeri tla)

Ground Sidro, takođe poznato kao Earth Sidro, je strukturni član koji prenosi silu
zatezanja u sposobnu (čvrstu - jaku) zemlju - tlo. Sila zatezanja otporna je na smicanje
okolnog tla. Sidro za uzemljenje može se sastojati od tri glavne komponente:
- Zatezni blok - pilot (Tension pile),
- Čelična šipka - sidro (Rock bolt) i

U današnje vreme, žice od čelika visoke čvrstoće instaliraju se u nagibu kako bi se
efikasno oduprli primenjenom zateznom opterećenju.

Sl.380:- Zemljano sidro nagnuto prema tlu
Sidro treba da ima dovoljan kapacitet da održi kretanje konstrukcije, a masa zemlje se
održava na podnošljivim nivoima.

Osnovni tipovi zemljanih sidara (ankeri tla):
Sidra za tlo su efikasni konstruktivni elementi koji se koriste kod različitih građevinskih
objekata kao što su potporni zidovi, brane, pristaništa, potpore mostova i građevinski
temelji. Sidra za tlosu napregnuta (aktivnasidra) kako bi sprečili kretanje konstrukcije i
obično prenose svoje opterećenje putem fiksne dužine. Obično ih zovemo zateznim
sidrima i pogodna su za jake stenske mase. Za sidra pobijena u zemlju ili slabe stene,
koriste se kompresivna, pritisnuta (i zategnuta) pošto se ona baziraju na nizu manjih
sukcesivnih kontaktnih dužina (elementa) a ne na jednoj kompaktnoj dužini kontakta (sa
tlom).

Zemljana sidra klasifikuju se po:
- vremenu upotrebe (veku trajanja),
- nameni,
- načinu ugradnje i
- načinu prenosa opterećenja sa sidra na tlo.
Karakteristike tetiva za sidrenje
- Žica prenosi zateznu silu na okolno tlo preko granulata za injektiranje.
- Telo je obično od čelika visoke čvrstoće okruženo fugom - injekcionom masom.
- Žica mora biti adekvatno zaštićena od korozije.

Dužina sidra i sidrena dužina
Fiksna dužina sidra je dužina sidra na kojoj se zatezna sila prenosi na okolno tlo, dok se
u odnosu na slobodnu dužinu sidra zatezna sila ne prenosi na okolno tlo (masu).
Sidro je pasivno ili prednapregnuto. Za mobilizaciju pune nosivosti, neophodna su velika
pomeranja, da bi se takva kretanja smanjila na prihvatljivije nivoe, zemljana sidra su
obično prednapregnuta zatezanjem. Nivo prednaprezanja je obično procenat
projektovanog radnog opterećenja.

293/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sidro sa vekom upotrebe dužim od 24 meseca smatra se trajnim sidrom. Trajna sidra uvek
imaju neku vrstu antokorozivne zaštite zavisno od veka trajanja same konstrukcije,
ustanovljene agresivnosti sredine, korozivnosti tla i mnogućih konsekvenci pucanja,
kidanja sajli.

Sl.381:- Zemljana sidra nakon ugradnje - arsleff
Vrste sidara tla
Tipovi sidra komercijalno dostupni mogu se podeliti u tri glavne grupe:
- Bušotina (cilindar) punjen ispunom (injekcionom masom) - fugom - tip 1
- Uvećanje injektiranjem pod visokim, ali kontrolisanim pritiskom.
- Bušotina (cilindar) mehanički povećan na jednoj ili više pozicija duž svoje dužine, kako
bi se omogućila mobilizacija većeg opterećenja.

Zemljano sidro Tip 1 (Tip 1 Earth Anchor)
Ovaj tip sidra obično se ne koristi u tlima. Uglavnom se koristi za stene, gde su stenski
slojevi stabilni. Ona se često nazivaju stenska sidra - rock anchors.

Sl.382:- Zemljano sidro - tip 1
Zemljano sidro Tip 2 (Tip 2 Earth Anchor)

Sl.383:- Zemljano sidro - tip 2
Ovaj tip sidra može se koristiti u kohezivnim i ne kohezivnim tlima.
Zemljano sidro Tip 3 (Tip 3 Ground Anchor)

Sl.384:- Zemljano sidro - tip 3

294/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Ovaj tip sidra koristi se kod glinenih slojeva,
- Kapacitet nosivosti sidra zavisi od čvrstoće gline koja se nalazi na sidru/glini i
- Najuspešnija sidrena jedinica obuhvata bušenje cilindrične osovine i mehaničko
povećanje ovog vratila na unapred određenim položajima.
Zemljana sidra koriste se u mnogim primenama gde „ekserisanje“ i mali piloti u tlu nisu
opcija. Zemljana sidra mogu nositi vrlo velika opterećenja za držanje/nošenje.

Sl.385:- Jedna od podela zemljanih sidara
Sl.386:-Redosled radova i način ugradnje zemljanog sidra

Takođe, sidra se klasifikuju kao:

- frikciona koji se oslanjaju na silu trenja između tla i zalivne - injektcione mase (ispune),
- pritisna (ground pressure) sidra koji se baziraju na pasivnom otporu tla koristeći za to
podzemne grede ili šipove, i
- na složena sidra koja su kombinacija prethodna dva tipa a baziraju se na „metodi
podgrade fiksirane ispunom (injekcionom) masom“ "supporting method of the fixation
ground".

Frikciona sidra dalje se dele na tenziona (zategnuta) i kompresiona (pritisnuta) na
osnovu načina prenosa opterećenja na ispunu (injekcionu masu).

Konačno, kompresiona sidra dele se na one sa koncentrisanjem opterećenja i one sa
distribucijom (raspoređivanjem) opterećenja.

295/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Poređenje karakteristika tipova sidara tla

 Zatezna (tenziona) sidra sa koncentracijom opterećenja

Kada se sila zatezanja prenosi na zatezno (tenziono) sidro, opterećenje se javlja po dužini
sidrenja (ankerisanja) adhezionom silom čeličnih sajli i ispune. Usled koncentracije
opterećenja, delovi tenzionig sidra privezanog čeličnom sajlom i ispunom "become
unzipped" (raširiti, kao rajsferslus) što dovodi do smanjenja pucanja i opterećenja. Dalje,
tenziono sidro ima slabost (manu) progresivnog "odlepljivanja" i vremenski zavisnog
smanjenja opterećenja (smicanja) koje se pojavljuje kada trenje zone konecentarcije
opterećenja pređe krajnje površinsko trenje ispune (mase koja se koristi kao ispuna). Kao
što je prikazano na slici 369 i 387, zatezanje u ranijoj fazi prikazuje stanje kao na krivoj
①. Zatim, kako se delovi spojeni čeličnom sajlom i ispunom "šire" (razdvajaju,
otvaraju), stanje se menja u ono prikazano krivom ②. Relativno koncentrisano
površinsko trenje sidra postaje veće od dozvoljene vrednosti između tla i mase ispune i
napreduje u stanje prikazano krivom ③. Usled toga javlja se smanjenje opretećenja.

Nedostaci, mane, zateznih sidara su to što se javlja progresivna destrukcija usled "jacking
crack" (pukotina, naprslina) u ispuni i "creeps" usled koncentracije opterećenja, što
značajno smanjuje opterećenje. Stoga, grafikon raspodele trenja (sl.369 i 387),
distribucija prenosa opterećenja je prikazana na krivi 1 u početnoj tački tako se
opterećenje javlja, koje se vremenom menja u krivu 3 iz gore pomenutih razloga
smanjujući opterećenje.

Sl.387:-Zatezna (tenziona)sidra sa koncentracijom opterećenja- dijagram promene i raspode opterećenja

 Kompresiona sidra sa koncentracijom opterećenja, sl 370 i 388
Kompresiona sidra sastoje se od neupletenog čeličnog kabla sa polietilenskom oblogom
(PE) koji vrši prenos - silu čupanja/opretećenje (jacking force) direktno na konstruktivni
element na drugoj strani sidra. Za razliku od zateznih sidara, injekciona masa za
kompresiona sidra opterećuje se pritiskom što obezbeđuje znatno veća opterećenja.
Međutim, zbog koncentrisane prirode ovih ankera, često je neophodno koristiti veoma
jake ispune (injekcione mase) da bi se osigurale sile čupanja na drugom kraju. Takođe,
veoma je teško obezbediti koncentrisanu silu ankera u slabom tlu. Slično kao kod
tenzionih sidara, konpresiona sidra podložna su pojavi progresivnog "debondinga"
(gubitak prianjanja ili slabljenja adhezije) "odlepljivanja" i vremenski zavisnog
smanjenja opterećenja (puzanja-tečenja) kao što je stanje prikazano krivom ① na slici
388. U ovom slučaju trenje potrebno da se obezbedi koncentrisano opterećenje je veće od
površinskog trenja u toj zoni. Ovo dovodi do "odlepljivanja" (gubitka adhezije) ispune i
gubitka bočnog pritiska tla (soil confinement pressure) što rezultuje smanjenjem
opterećenja kao što je prikazano u stanju prikazano krivama ② i ③. duž teoretske dužine
vezne zone.

296/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.388:- Kompresiona (pritisna)sidra sa koncentracijom opterećenja - dijagram promene i raspode
opterećenja

 Tenziono/Konpresiona distributivna sidra

Kako je objašnjeno, velika opterećenja (naponi) zateznih i konvencionalnih kompresionih
sidara prenose koncentrisana opterećenja na tlo i ispunsku masu koja mogu doći u stanje
preopterećenja što dovodi do loma (popuštanja). Zato, razvijena su i koriste se
kompresiona sidra sa distribucijom opterećenja koji ujednačeno raspoređuju
opterećenje na injekcionu masu i tlo duž teoretske dužine zone prianjanja (adhezije).
Pored toga, potrebna jačina ispune (injekcione mase) se smanjuje i raspoređuje
ekscentrično. Zato se velika opterećenja mogu ostvariti u normalnim karakteristikama tla.
U poslednje vreme, razvijena su distributivna zatezna (tenziona) sidra koja mogu
obezbediti stabilna opterećenja čak i u relativno slabom tlu kao što je glina ili nanos
(talog, prašina). Ova sidra ne zahtevaju jaku ispunsku masu i imaju nisku ekscentričnost.
Upotreba distributivnih sidara obezbeđuje ujednačeniju distribuciju sile sidrenja na tlo
kao ono što je prikazano na slici 389 (Grafikon distribucije opterećenja). Zato, redukcija
opterećenja i "odlepljivanje" (creep) svode se na minimum omogućujući da sidro očuva
početno projektovano opterećenje.

Sl.389:- Tenziono/konpresiona distributivna sidra - dijagram promene i raspode opterećenja

Sl.390:- Primena zemljanih sidara

297/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.4. Tipovi sidara

Osnovna podela, kako je već rečeno, je načelno prema vrsti tetive na "štapna" sidra
(single bar anchor,bartendon) i "kablovska" sidra (multi-strand tendon, multiple bar
anchor), ali ova podela nije opšte prihvaćena. Razlog je što se i na engleskim govornim
područjima isti tipovi sidara različito nazivaju.

Sl.391:- Jedna od podela - tipovi sidara
Sidra se dele i s obzirom na način "sidrenja" odnosno prenošenja sile na okolno tlo/stenu
na:
- mehanički pridržana,
- injektirana,
- lepljena pomoću epoksi smola ili cementa,
- frikciona (trenjem učvršćena), itd.

Zavisno od toga da li se tokom ugradnje prednapreže ili ne, razlikujemo:
- aktivna (prednapregnuta) sidra;
- pasivna (nisu prednapregnuta) sidra - potreban je pomak da bi se prenos sile
"aktivirao".

298/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 39 - Podela sidara - tipovi

Tip sidra Slika i delovi
Sidra sa klinom

Sidra sa
ekspanzivnim
čahurama

Perfo sidra

Injektirana sidra

Sidra sa tehničkim
smolama

Sidra sa cementnim
patronama

Kablovska Sidra
("cabelbolt")

Cevasta sidra
sa uzdužnim
prorezom (Split set
sidra)

Cevasta sidra (sistem
Swellex)

299/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.4.1. Štapna sidra

Koriste se razni nazivi, a razlikuju se s obzirom na način ugradnje i način prenosa sile,
npr.:"Rockbolt" (engleski: "bolt" - vijak sa maticom) mehanički prednapregnuta sidra
(Hoek) "Dowel"(engleski:klin) - injektirana pasivna sidra (Hoek). Istoveremeno Stillborg
sa "rockbolt" označava sve tipove aktivnih i pasivnih štapnih sidara (sa mehaničkim
usidrenjem, injektirana, frikciona), dok kablovska sidra naziva "cabelbolt".

Primeri štapnih sidara:

Štapno sidro sa mehaničkim sidrenjem pomoću vijka - ("screw anchorage") - aktivno
sidro.

Štapna sidra sa ekspanzionom glavom koja onemogućuje pomake sidra je najčešći oblik
mehanički sidrenih štapnih sidara. Ekspanziona glava konusno se širi rotacijom sidra pri
čemu dolazi do utiskivanja elementa glave u zidove bušotine.
Sidrenje se ostvaruje na osnovu dva mehanizma:
- trenja ekspanzione glave i zidova bušotine i
- uklještenja glave u neravnine zidova bušotine.
Pri tome uklještenje predstavlja značajniju komponentu u ukupnoj nosivosti sidra. Koriste
se uglavnom kao privremena ojačanja stenske mase jer usled delovanja korozije
vremenom dolazi do smanjenja nosivosti. Za uslove trajnih konstrukcija nužna je primena
naknadnog injektiranja bušotine.

Prednost mehanički usidrenih sidara je mogućnost trenutnog preuzimanja opterećenja
nakon ugradnje, kao i unošenja predopterećenja u stensku masu.

1.2.9.4.1.1. Klinasto sidro

Koristi se za sidrenje homogenih stenskih masa. Njegova nosivost direktno zavisi od sile
kojom je klin utisnut, tj. od dužine utiskivanja klina i može biti povećana. Telo ankera se
izrađuje od čelika za poboljšanje i na jednom kraju se izrađuje navoj isključivo valjanjem,
a na drugom kraju se nalazi urezan žleb za klin koji vrši rasprezanje i time omogućuje
funkciju.

Sl.392:- Klinasto sidro
1.2.9.4.1.2. Perfo sidro

Cementnim malterom, u relativno čvrstoj konzistenciji, ispune se dve perforirane
polucevi (okrugle metalne hilzne), koje se potom povežu u celinu. Ispunjena hilzna se
ugura u pripremljenu bušotinu u steni, posle čega se kroz nju, udarnim ili pneumatskim
čekićem, ugura sidro koje kroz perforisane rupe u hilzni istiskuje cementni malter i njime
ispunjava prostor između hilzne i zidova bušotine (sl. 393). (c)Drveni
tipankera

300/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.393:- Perfo sidro

1.2.9.4.1.3. Ekspanziono sidro sa čellčnom glavom (navojna sidra)

Štapna sidra sa ekspanzionom glavom koja onemogućuje pomake sidra je najčešći oblik
mehanički usidrenih štapnih sidara.
Ekspanziona glava konusno se širi rotacijom sidra pri čemu dolazi do utiskivanja
elementa glave u zidove bušotine. Nosivost ostvaruje preko ekspanzione glave koja se
sastoji od konusne navrtke i ekspanzione čaure (ili ekspanzione cevi).
Sidrenje se ostvaruje na osnovi dva mehanizma: trenja ekspanzione glave i zidova
bušotine i uklještenja glave u neravnine zidova bušotine. Pri tome uklještenje predstavlja
značajniju komponentu u ukupnoj nosivosti sidra.

Koriste se uglavnom kao privremena ojačanja stenske mase jer usled delovanja korozije
vremenom dolazi do smanjenja nosivosti. Za uslove trajnih konstrukcija potrebna je
primena naknadnog injektiranja bušotine. Telo sidra i navrtka su izrađeni od čelika za
poboljšanje sa navojem na oba kraja.

Sl.394:-Ekspanziona sidra (navojna sidra)

301/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.4.1.4. Cevasta sidra

Trenjem sidrena štapna sidra predstavljaju najnovija dostignuća u tehnici ojačanja stenske
mase. Prenos opterećenja kod Split Set sistema realizuje se trenjem, a kod Swellex sistema
i uklještenjem usled radijalne sile koja deluje na zidove bušotine duž cele dužine bušotine.
I u jednom i drugom sistemu sidro se sastoji od čelične cevi koja se mehaničkim (Split
Set) ili hidrauličnim putem (Swellex) širi sve dok zidovi cevi ne dostignu kontakt sa
zidovima bušotine.
- Cevasto sidro (Split set sidra)

Štapno injektirano cevasto sidro - može biti aktivno i pasivno ("dowel" prema Hoek),
zavisno od toga da li je izvršeno pritezanje ili neinjektirana štapna sidra ugrađuju se u
bušotine ispunjene cementnom smesom. Sidrenje, odnosno veza sa stenskom masom,
uspostavlja se celom injektiranom dužinom elementa ojačanja na osnoviu hemijskih veza,
trenja i uklještenja. Veći značaj pri tome imaju trenje i uklještenje, dok se hemijske veze
vremenom mogu u potpunosti razgraditi.

Sl.395:- Cevasta sidra (Split set sidra)
Injektirana štapna sidra predstavljaju najčešće ojačanje stenske mase u svetu poslednjih
pedeset godina, kako u građevinarstvu, tako i rudarskoj industriji. Materijal za štapna
sidra najčešće je rebrasti obrađeni čelik, koji se koristi u građevinarstvu ili odgovarajući
obrađeni preseci čelika posebno proizvedeni za geotehnička sidra. Za injektiranje koriste
se suspenzije na bazi cementa ili veštačkih smola, pri čemu je upotreba veštačkih smola,
uglavnom zbog cene, ređe u upotrebi.

- Cevasta sidra (sistem Swellex)

Frikciono (trenjem učvršćeno) Swellex sidro (pasivno sidro), samobušivo frikciono
(trenjem učvršćeno) sidro (DSI) koriste suspenzije na bazi cementa ili veštačkih smola.

Sl.396:- Cevasto sidro (sistem Swellex)

302/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.4.1.5. „SN“ sidra

SN sidro („SN“ - ovaj tip sidara prvi put je upotrebljen u projektu hidroelektrane Store
Norfors, u Švedskoj). SN sidra su ona koja, kada se ugrade, povezuju se sa stenskom
masom duž cele svoje dužine pomoću odgovarajućeg maltera (injekcione mase - ispune).
Pre ugradnje sidra cela bušotina napuni se gustom cementnom injekcionom masom
(malterom). Sidro može da bude prednapregnuto ili neprednapregnuto i najšire se
primenjuje.

Geotehnicka sidra oznake SN upotrebljavaju se pri stabilizaciji kosina gde je potebno
uvezati stenske blokove radi sprečavanja ispadanja na saobracajnicu. Pravilnim
rasporedom i zadovljavajućom gustinom sidara mogu se preuzeti naponi i sile koje deluju
u masivu a ugradnju sidara posebnim bušećim mašinama treba ih injektirati prema
projektu i propisima struke.
Proporcionalni odnos između prečnika SN sidra i prečnika bušotina okvirno iznosi
1:1,5-2.

Pored SN sidara mogu se ugraditi i IBO sidra koja imaju drugačiji sistem ugradnje ali u
suštini imaju istu funkciju.

1.2.9.4.1.6. Samobušeća sidra IBO (injection-bore-bolt)

IBO sidra predstavaljaju kombinovani sistem sidra za stene i šipke za bušenje. Za vreme
bušenja, šuplje IBO sidro se koristi kao šipka za bušenje. Na kraj sidra stavi se bušeća
kruna koja može da bude različitih preseka.
Šipka i dleto ostaju u bušotini kao stensko sidro. Rupa širokog prečnika unutar IBO šipke
omogućava tokom bušenja ispiranje materijala od bušenja a posle bušenja i delotvorno
injektiranje.
To se za vreme bušenja koristi kao vod za ispiranje, a kasnije i kao cev za injektiranje.

IBO - samobušeća štapna sidra za tla u kojima može doći do urušavanja izbušenog otvora
samobušiva sidra koriste se kao deo bušećeg sistema na način da se umesto bušeće šipke
koriste elementi samobušivog sidra, koji na vrhu imaju odgovarajuću bušeću glavu. Ovaj
sistem pokazuje sve svoje prednosti u slučaju urušavanja bušotine, s obzirom da ne treba
da se vadi šipka za bušenje i ubacuje novo stensko sidro.

Sl.397:- Samobušeće injektirano sidro IBO (injection-bore-bolt)

Elementi sidra proizvode se u sekcijama standardne dužine (2, 3 ili 4 m) i po potrebi
nastavljaju odgovarajućim spojnicama. Bušenjem sidra odgovarajuće dužine završeno je
i postavljanje sidra. Injektiranje sidra izvodi se kroz samo sidro, pri čemu injekciona
smesa izlazi kroz otvore na bušećoj glavi, sve dok injekciona smesa ne počne izlaziti na
ušću bušotine. Prednosti samobušivih sidara su u mogućoj značajnijoj dužini izvedbe, kao

303/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
i izbegavanje mogućnosti zarušavanja bušotine usled izvlačenja bušeće šipke i ulaganja
sidara u klasičnim postupcima izvedbe sidara, te upotreba u oštećenim stenskim masama.
Injektirana štapna sidra u većini slučajeva koriste se kao pasivna sidra, odnosno sidra u
kojase u toku izvedbe ne unose dodatna opterećenja, koja se prenose na stensku masu.

1.2.9.5. Stenska sidra i kablovi

1.2.9.5.1. Sidra sa mehaničkim usidrenjem

Prva sidra bila su drvena, a primenjivali su ih engleski rudari u rudnicima uglja. Suvi
obrađeni drveni štapovi umetani su u rupe nešto većeg prečnika od prečnika štapa. Usled
vlage iz uglja, drvo bi nabreklo i time bi se ostvarila stabilna veza. Na kraju sidra se u
rascepku postavlja klin koji nakon zabijanja dovodi do razupiranja štapa do zida bušotine.
Slično se sa prednje strane sidra ostvaruje čvrsto naleganje komada od tvrdog drveta na
konturu prostorije, slika 398.

Sl.398:- Drveno sidro

Danas postoji desetak različitih tipova čeličnih sidara, a oni najstariji su bili na istom
principu kao drveni.
Sidra sa klinom - čelična šipka na kraju sidra je razrezana, gde se umeće klin koji se
zabijanjem utiskuje u rascep, proširuje krajeve sidra i utiskuje ih u stenu. Na početku
sidra je navoj sa maticom koji podložnu ploču priteže uz stenu. Na taj način sidro se
prednapreže i postaje nosivo po ugradnji, slika 399. Klinastim podloškama ispod matice
može se podložna ploča dobro pritegnuti i u slučaju da sidro nije tačno normalnona
površinu stene.

Sl.399:- Čelično sidro sa rascepkom (prema Hoek i Brown, 1980)
Štapna sidra sa ekspanzionom glavom koja onemogućuje pomake sidra je najčešći
oblik mehanički usidrenih štapnih sidara.

Ekspanziona glava konusno se širi rotacijom sidra pri čemu dolazi do utiskivanja
elementa glave u zidove bušotine. Konusni deo je nazubljen i, ako tvrdoća stene dozvoli,
izbočeni delovi se utiskuju u stenu. Na taj se način mobilizuje smičuća čvrstoća kontakta
čelika sidra i stene, slika 400.

Nosivost ostvaruje preko ekspanzicione glave koja se sastoji od konusne navrtke i
ekspanzicione čaure - školjke (ili ekspanzicione cevi).

304/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sidrenje se ostvaruje na osnovu dva mehanizma:
- trenja ekspanzione glave i zidova bušotine i
- uklještenja glave u neravnine zidova bušotine.
Pri tome uklještenje predstavlja značajniju komponentu u ukupnoj nosivosti sidra.

Telo sidra i navrtka su izrađeni od čelika za poboljšanje sa navojem na oba kraja.

Sl.400:- Sidro sa mehaničkim usidrenjem
Ovaj tip sidra se ne preporučuje u vrlo tvrdoj stenskoj masi. Koriste se uglavnom kao
privremena ojačanja stenske mase jer usled delovanja korozije vremenom dolazi do
smanjenja nosivosti. Ako se koriste kao trajni sistem armiranja, moraju nakon ugradnje
biti injektirana radi zaštite od korozije.

Prednosti sidara sa mehaničkim usidrenjem:
- relativno jeftina,
- deluju odmah nakon ugradnje,
- koriste se u srednje tvrdoj i tvrdoj stenskoj masi.

Nedostaci sidara sa mehaničkim usidrenjem:
- ograničena upotreba u vrlo tvrdoj steni,
- mogu izgubiti efikasnost armiranja usled vibracija izazvanih miniranjem.

1.2.9.5.2. Injektirana sidra

Injektirana sidra su ona sidra koja, kada su ugrađena, povezana su sa stenom celom
svojom dužinom uz pomoć cementnog maltera, slično SN sidrima, ali je malter injektiran
u bušotinu nakon nameštanja sidra. Ovi tipovi stenskih sidara uspešno se primenjuju u
područjima sa značajnim unutrašnjim dotokom vode, koja se obično pojavljuje u zonama
jako naprslih stena, drobljenih stena i u mekom tlu. Zbog činjenice da ubrzavajuće patrone
ne mogu da budu korišćene zajedno sa injekcionim sidrima, na njih mora da se računa
kao na neprednapregnuta stenska sidra.
U naprslim, zdrobljenim stenama sa podzemnom vodom, efikasnost uspešno i dobro
ugrađenih injektiranih sidara dokazano je veća od običnih, prednapregnutih SN sidara,
koji teško da se mogu pravilno injektirati u ovim uslovima. Cementna masa injektiranja
pod malim pritiskom penetrira i ispunjava pukotine, raspkuline i praznine oko stenskog
sidra i tako povećava čvrstoću stenske mase što je kompenzacija nedostatka
prednaprezanja.

Razlika injektiranog od IBO sidra je uglavnom u tome što je injektirano sidro puna čelična
šipka koja ima plastičnu cev spojenu na čeličnu šipku koja deluje kao crevo za
injektiranje, dok su IBO sidra šuplja, a taj otvor služi kao crevo za injektiranje.

305/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Proporcionalni odnos između prečnika sidra i prečnika bušotina okvirno iznosi 1:2.

Injektirana štapna sidra, u posljednjih pedeset godina, predstavljaju najčešće ojačanje
stenske mase u svetu, kako u građevinarstvu tako i rudarskoj industriji.

Injektirana štapna sidra i pletena sidra od čeličnih niti ugrađuju se u bušotine ispunjene
cementnom smesom.
Sidrenje odnosno veza sa stenskom masom uspostavlja se celom injektiranom dužinom
elementa ojačanja na osnovu hemijskih veza, trenja i uklještenja. Veći značaj pri tome
imaju trenje i uklještenje, dok se hemijske veze vremenom mogu u potpunosti razgraditi.

Injektirana štapna sidra u većini slučajeva koriste se kao pasivna sidra odnosno sidra u
koja se u toku izrade ne unose dodatna opterećenja koja se prenose na stensku masu.
Aktiviranje potpuno injektiranih štapnih sidara odvija se usled deformacija stenske mase
pri čemu usled deformacija u stenskoj masi, štapna sidra preuzimaju deo napona.

Prva sidra sa injektiranom smesom, danas već napuštena, bila su tzv. ''perfo'' sidra. Sidra
sa mehaničkim usidrenjem bila su podložna koroziji, pa je sidro umetnuto u cementni
malter bilo daleko trajnije. Na slici 401 prikazano je jedno takvo sidro koje se postavljalo
ručno u bušotinu. Malter za ispunu bušotine se stavlja u dvodelnu perforiranu cev koja se
pre ručnog postavljanja, ugurivanja u bušotinu vezuje tankom žicom.

Uz pomoć pneumatskog čekića sidro se ugurava u bušotinu a cementni malter prilikom
izlazka kroz perforacije gotovo u potpunosti ispunjava bušotinu. Sidro je nosivo tek kada
cementni malter veže. Veza između sidra i stene ostvaruje se smičućim naponima na
kontaktima sidra i maltera i maltera i stene.

Sl.401:- ''PERFO'' sidro (prema Hoek i Brown, 1980.)

Bušotina se može neposredno pre postavljanja sidra ispuniti gustom injekcionom
cementnom smesom pomoću plastične cevi i zašiljeno sidro će se utisnuti pneumatskim
čekićem u tako pripremljenu bušotinu. Ugrađivanjem gumenih čepova sa otvorom tj.
čepom za injektiranje sprečava se curenje injekcione smese iz vertikalno orijentisanih
sidrenih bušotina.

Kada postoji potreba za brzim aktiviranjem sidra primenjuju se umesto cementnih
injekcionih smesa posebne plastične mase i katalizatori. Plastične mase i katalizatori su
pakovani u posebne tanke plastične vrećice koje se utiskuju u bušotinu, slika 402. Potom
se sidro uz rotaciju utiskuje u bušotinu, vrh sidra cepa vrećice dok rebrasta šipka
pospešuje mešanje plastične mase i katalizatora. Nakon vezivanja mase, već za nekoliko
minuta, i pritezanja podložne pločice sidro je potpuno nosivo.

Polucilindrična ljuska
Ispunjavanje malterom
(injekciona smesa)
Sidrom istisnuta smesa

306/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.402:- Sidro vezano plastičnom masom (Hoek, 2007)

Trenutno delovanje sidra može se postići i mehaničkim bravama (školjkom) smeštenim
na kraj sidra. Ima više tipova i gotovo su svi tako konstruisani da se okretanjem sidra
brava širi i tako proizvodi pritisak na zid bušotine, čime se postiže usidrenje glave u
stensku masu. Matica sidra priteže se moment ključem radi kontrolisanog unosa u sidro
odabrane sile prednaprezanja. Obično se sidro nakon pritezanja glave injektira, tako da
telo sidra i glavu zaštitimo cementnom injekcionom smesom od uticaja korozije. U
bušotinu se utiskuju jedna ili dve cevčice da bi injekciona smesa ispunjavala bušotinu od
ušća prema dnu, slika 403. Druga cevčica služi za odzračivanje bušotine a kad kroz nju
poteče injekciona smesa tada je bušotina potpuno ispunjena. Ako frikciona glava na kraju
sidra popusti, delovaće sidro kao obično injektirano sidro pa je injektiranje potrebno i
zbog veće sigurnosti.

Sl.403:- Sidro sa mehaničkom čaurom - školjkom (Hoek i Wood, 1987)

Sidra se injektiraju smesom na bazi cementa ili lepilima na bazi epoksida.
Prednost injekcione smese na bazi cementa jeste efikasnost u vrlo tvrdoj stenskoj masi.

Nedostaci injekcione smese na bazi cementa:
- punu nosivost postiže nakon nekoliko dana,
- teško je kontrolisati i zadržati kvalitet injekcione smese,
- ne mogu se koristiti u bušotinama u koje dotiče voda,
- prednaprezanje je moguće samo u slučaju primene specijalne procedure.

Prednosti injekcione smese na bazi epoksida:
- efikasna su u vrlo tvrdoj stenskoj masi,
- deluju odmah nakon ugradnje,
- jednostavniji je postupak prednaprezanja u odnosu na cementnu injekcionu smesu.

307/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Nedostaci injekcione smese na bazi epoksida:
- bušotina mora biti tačnih dimenzija kako bi mešanje komponenti bilo uspešno i kako
bi se postigla dobra popunjenost prostora između šipke i stene,
- ograničeno vreme upotrebe lepila,
- uslovi u tlu mogu loše delovati na postojanost lepila.

Nešto manju primenu u tunelogradnji imaju sidra sa čeličnim užadima. Ima ih više vrsta,
prema raznim proizvođačima. Prednost ovih sidara je u tome da mogu imati veću dužinu
od štapnih sidara. Pošto se takva sidra proizvode od visokovkvalitetnih čelika ona imaju
i vrlo visoku nosivost. Ova sidra imaju veću primenu u osiguranju kosina i visokih
potpornih zidova nego za tunele uobičajenih dimenzija. Izuzetke predstavljaju velike
podzemne prostorije kod kojih treba ponekad usidrenje sa dužim sidrima i većim silama.

Injektiranje pletenih sidara od čeličnih niti radi ojačanja stenske mase koristi se
poslednjih četrdeset godina.

Pleteno sidro, po definiciji, predstavlja element ojačanja stenske mase, izvedeno od
čeličnih niti pletenih kao čelično uže i ugrađeno bez unošenja zateznog opterećenja ili
kao zatezno opterećeno i injektirano u kontaktu sa stenskom masom.

Velika vrednost upotrebe pletenih sidara je u mogućnosti upotrebe velike dužine isto kao
i kombinacije unošenja zateznih napona i prenosa na ojačanu stensku masu. U odnosu na
čvrsta štapna sidra odlikuje ih velika specifična površina, ali i velika deformabilnost.
Zbog upotrebe čelika visokog kvaliteta po pravilu su veće nosivosti od čvrstih štapnih
sidara.

Sl.404:- Injektirano pleteno sidro i injektirani kabal (Stillobrg, 1994)

1.2.9.5.3.Samobušeća injektirana sidra IBO (injection-bore-bolt)

U poslednje vreme u upotrebi je tip samobušivih sidara, vrlo praktična primena štapnih
sidara odgovarajuće obrađenog čeličnog preseka namenjenog za ojačanje stenske mase.
Samobušiva sidra koriste se kao deo bušećeg sistema na način da se umesto bušeće šipke
koriste elementi samobušivog sidra, koji na vrhu imaju odgovarajuću bušeću glavu.

Brže izvođenje postignuto je sa sidrima koji su bušeće i injekcione šipke koje se ne vade
iz bušotine, nego ostaju u bušotini kao sidro, slika 405. Celo sidro je zapravo cev na čijem
je vrhu bušeća kruna. Kroz cev i krunu, tokom bušenja, utiskuje se voda koja ispire
bušotinu i odnosi krhotine. Kod ovih sidara sidrena šipka je ujedno i bušeća šipka. Nakon
završenog bušenja kroz sidrenu šipku izvrši se injektiranje prostora između šipke i zida
bušotine. Primenjuju se u teškim geološkim uslovima kada se ne može ostvariti stabilnost
bušotine.
Bušenjem sidra odgovarajuće dužine završeno je i postavljanje sidra.

308/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.405:- IBO sidro - samobušeće sidro
Kruna sidra je od alatnog čelika a cev od običnog građevinskog čelika pa mu je cena
nešto viša od cene običnih štapnih sidara, slika 406. Pošto se po završetku bušotine može
odmah početi sa injektiranjem u radnom ciklusu se može ostvariti značajna ušteda u
vremenu. Elementi sidra proizvode se u sekcijama standardne dužine (2, 3 ili 4 m) i po
potrebi nastavljaju odgovarajućim spojnicama. Navoji na svim elementima odgovaraju
neravninama rebrastog čelika čime se ostvaruje dobra veza između sidra i injekcione
smese.
Prednosti samobušivih sidara su u mogućoj značajnijoj dužini izvedbe, kao i izbjegavanje
mogućnosti zarušavanja bušotine usled izvlačenja bušeće šipke i ulaganja sidara u
klasičnim postupcima izrade sidara, i upotreba u oštećenim stenskim masama.

Sl.406:- Samobušeće sidro
Isti elementi s obzirom na način postavljanja i način prenosa sile mogu imati različitu
funkciju, i time dobija i različite nazive, sl.407:
- "klasično sidro" - ima slobodnu i injektiranu sidrenu deonicu, prenosi zateznusilu,
može se prenapregnuti;
- "ekserisanje tla" - podrazumeva niz kratkih sidara koja se povezuju sa naglavnom
konstrukcijom i time vrši armiranje površine tla/stene, bez prednaprezanja;
- "pilot" - prenosi silu pritiska;
- "rock bolt" - injektirano štapno sidro bez prednaprezanja.

309/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.407:- IBO - samobušeća štapna sidra - način ugradnje i način prenosa sile

1.2.9.5.4. Sidra koja nose na trenje (frikciona sidra)

Trenjem sidrena štapna sidra predstavljaju najnovija dostignuća u tehnici ojačanja stenske
mase. Prenos opterećenja kod Split Set Sistema realizuje se trenjem, a kod Swellex sistema
i uklještenjem usled radijalne sile koja deluje na zidove bušotine duž cele dužine bušotine.
I u jednom i drugom sistemu sidro se sastoji od čelične cevi koja se mehaničkim (Split
Set) ili hidrauličnim putem (Swellex) širi sve dok zidovi cevi ne dostignu kontakt sa
zidovima bušotine.
Opterećenje stenske mase prenosi se na element ojačanja direktno, bez nekog potrebnog
završnog elementa prenosa i injektiranja bušotine.
Danas se uglavnom koriste ova dva tipa frikcionih sidara:
- Split set sidra,
- Swellex sidra (omega bolt),
- Sidra od čvrstih i plastičnih masa.

1.2.9.5.4.1. Sidra sa uzdužnim prorezom (Split set sidra)

Sidra koja nose jedino trenjem, koje se ostvaruje na konturi bušotine, su cevi sa uzdužnim
prorezom, slika 407. Bušotine moraju biti izvedene sa vrlo preciznim prečnikom, jer se
sidra utiskuju u bušotinu koja ima nešto manji prečnik od prečnika cevi. Split Set koristi
naglavnu ploču radi osiguranja dela stenske mase na klizanje duž sidra. Otvorena cev
time dobija elastičnu deformaciju prema unutra i time proizvodi radijalni pritisak na zid
bušotine. Sila utiskivanja jednaka je kasnijoj nosivosti. Problem je, što je potrebna velika
sila za ugradnju i kasnija opasnost od korozije ukoliko cev nije od nehrđajućeg čelika.

310/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.407:- Frikciono Split set sidro (Stillobrg, 1994)
Prednosti split set sidara:
- jednostavna ugradnja,
- deluju odmah nakon ugradnje,
- jednostavna oprema za ugradnju,
- laka primena žičanog pletiva.
Nedostaci split set sidara:
- relativno skupa,
- bušotina mora imati tačan prečnik,
- teškoće pri ugradnji dužih sidara,
- ne mogu se koristiti kao trajna sidra bez posebne antikorozione zaštite

1.2.9.5.4.2. Swellex sidra

Swellex sidro, po mehanizmu sidrenja, je sidro koje nosi trenjem i uklještenjem u zidove
bušotine. Izvodi se proširivanjem ugrađene cevi hidrauličnim pritiskom unutar cevi, pri
čemu se cev skraćuje. Sidro može podneti velike deformacije stenske mase.
Umesto štapnog sidra u bušotinu se umeće u poprečnom smeru presavijena cev zatvorena
na dnu, slika 408. U cev se pod visokim pritiskom utiskuje voda, do 300 bar, tako da se
cev proširuje i potpuno ispunjava bušotinu. Pod unutrašnjim pritiskom stena se elastično
deformiše i nakon otpuštanja unutrašnjeg pritiska u cevi prouzrokuje pritisak spolja na
deformisanu cev po čitavoj dužini sidra.

Sl.408:- Poprečni presek frikcionog Swellex
sidra, V-structura i radijalnesile(Stillobrg,
1994)

Sl.409:- V-struktura i radijalne sile (V-structure and radial forces)

311/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 410:- Mehanizam sidrenja stenskog sidra: a - potpuno injektirano stensko sidro - fully grouted rock bolt
(FGR);b- naduvano čelično cevno stensko sidro (swellex) - inflated steel tube rock bolt (ISR)

Sl.411: - Primarni napon kontakta u odnosu na širenje swellex sidra
Tabela 40 - Vrednosti parametara korišćene za proračun

Prednosti swellex sidara:
• jednostavna ugradnja,
• deluju odmah nakon ugradnje,
• mogu se koristiiti u različitim stenskim masama,
• jednostavna oprema za ugradnju,
• laka primena žičanog pletiva.

312/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Nedostaci swellex sidara:
• relativno skupa,
• ne mogu se koristiti kao trajna bez posebne antikorozione zaštite,
• potreba za visokopritisnom pumpom.

1.2.9.5.5. Sidra od čvrstih plastičnih masa

Kao posebnu vrstu treba navesti sidra od čvrstih plastičnih masa. Po dimenzijama su
većeg profila pa su veći i profili bušotine. Najčešće se koriste za privremeno osiguranje,
na primer kod osiguranja čela iskopa tunela, ako je to čelo nestabilno. Prilikom kasnijeg
iskopa tako osiguranog čela, plastična sidra ne oštećuju otkopne mašine kao što bi ih
oštećivala čelična sidra. Sidra se izrađuju od poliestera i od epoksilne smole sa staklenim
vlaknima. Nosivost sidara je do 150 kN.

Sl.412:- Sidro od staklo-plastike - pogled na čelo iskopa armirano sidrima od staklo-plastike

1.2.9.5.6. Popustljiva sidra

Popustljivo štapno sidro - podvrsta sidra kojim se omogućava pomeranje podgradnog
elementa, sa ciljem smanjenja opterećenja na podgradu.

Kako se u teškim geotehničkim uslovima mogu pojaviti velika radijalna pomeranja u
iskopanom objektu postoji opasnost da se primarna podgrada (mlazni beton) deformiše i
„uđe“ u prostor koji je predviđen za sekundarnu betonsku oblogu. Kako bi se to spečilo,
često se prečnik iskopa tunela povećava za očekivana radijalna poeranja. Eventualnim
pomeranjima treba prilagoditi konstrukciju sidara i armiranog mlaznog betona. Na
slikama 413 i 414 prikazana su sidra sa popustljivom glavom i način ugradnje utunelu St.
Gothard. U mlaznom betonu ostavljaju se uzdužni prorezi koji se zatvaraju tokom
radijalog deformisanja tunela.

Dakle, ako se očekuju veća radijalna pomeranja konture tunela ugrađuje se tzv.
popustljiva podgrada. Sidra se takođe mogu izvesti sa popustljivom glavom koja
dozvoljava pomeranja i do 20 cm. Kod graničnog opterećenja sidro popusta i održava
nosivost tokom pomeranja glave sidra.

313/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

.

Sl. 413:- Popustljivo štapno sidro - način prenosa sile i izduženja

Sl.414:- Planirani prekoprofilski iskop koji dozvoljava radijalna pomeranja podgrade (u)
- projektovana podgrada u tunelu St. Gothard prilagođena očekivanom pomaku od 70 cm

314/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.2.9.6. Sidra pletena od čeličnih niti - "kablovska" sidra ("cabelbolt")

Po definiciji pleteno sidro predstavlja element ojačanja stenske mase, uobičajeno
izvedeno od čeličnih niti pletenih kao čelično uže i ugrađeno bez unetog zateznog
opterećenja ili kao zatezno opterećeno i injektirano u kontaktu sa stenskom masom.
Prednost pletenih sidara je u mogućnosti upotrebe velike dužine istih kao i kombinacije
unošenja zateznih napona i prenosa na podgrađenu stensku masu.

Sl.415:- Primer preseka kablovskog sidra delovi kablovskog sidra: glava sidara, klinovi za učvršćenje i
kablovi (levo); ležajna spirala, zaštitna limena košuljica i cevi za injektiranje (desno)

Sl.416:- Sidro od kablova nakon ugradnje svih delova sa zaštitnom kapom, čelične žice (levo), karbonska
vlakna (desno).

Kablovska sidra - kablovi i žičana užad prave se iz pojedinačnih žica (6 kom.), koje se
pletu oko debele centralno postavljene žice, a za veće kablove sledi 12, 18, itd. spoljnih
žica oko osnovnog kabla, slika 415 i sl.375:- Primeri preseka čeličnih kablova (užadi) za
"kablovska" sidra. Kablovi su pocinčani, galvanizirani ili plastificirani radi zaštite od
korozije. Pre upotrebe vrše se ispitivanja prema propisima za primenu žice/kabla u
prednapregnutim betonskim konstrukcijama. U sidrenoj deonici radi bolje nosivosti
kablovi se postavljaju na nekoliko načina kako pokazuje slika 417:

315/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.417:- Načini postavljanja kablova u sidrenoj deonici.

1.2.9.6.1. Geotehnička sidra ("cabelbolt")

Geotehničko sidro je sastavni deo nosivog sklopa konstrukcija-tlo, a ima zadatak da
preuzme zatezne sile koje se pojavljuju na konstrukciju. Prenosi silu na željenoj
udaljenosti u odabrani sloj tla i željenoj dubini. Zatezne sile nastaju kao posledica svojstva
tla da želi zauzeti novi ravnotežni položaj nakon narušavanja stabilnog stanja.

Sl.418:- Geotehničko sidro i ugradnja geotehničkog sidra
Sidro u sastavu geotehničkih konstrukcija predstavlja nosivi element preko kojeg se
zatezna sila sa konstrukcije prenosi u tlo. Na jednom svom kraju - sidrištu - nalazi se
mehanizam sidra (sidreno telo), a na drugom kraju - glava sidra - matica i podložna ploča.
Zajedno sa sidrenim telom uvode se u bušotinu, gde se u unutrašnjosti stene uklješte
odnosno učvrste na razne načine. Glava sidra ostaje izvan bušotine, a podložna ploča se
pričvršćuje na slobodnu površinu stene. Ona preuzima opterećenje stene i prenosi ga na
sidro.

316/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Geotehnička sidra: višestruki čelični kablovi, dužine 10-40 m, u rebrastoj zaštitnoj cevi,
postavljaju se u bušotinu prečnika 100 mm, opterećenje do 2.000 kN, zatezno 60%; fiksne
dužine, oko 5 m u steni. Osiguravaju zateznu podršku i sprečavaju širenje pukotina u
steni. Usidreni zidovi, fleksibilni ili kruti, distribuiraju opterećenje sa vrhova sidara u
slabi materijal klizišta.

Sl.419:- Geotehničko sidro spremno za prednaprezanje i ispitivanje

Geotehnicka sidra oznake SN upotrebljavaju se pri stabilizaciji kosina gde je potebno
uvezati stenske blokove radi sprečavanja ispadanja na saobracajnicu. Pravilnim
rasporedom i zadovljavajućom gustinom sidara mogu se preuzeti naponi i sile koje deluju
u masivu a ugradnju sidara posebnim bušećim mašinama treba ih injektirati prema
projektu i propisima struke.

Zavisno od načina izvođenja sanacije ili izgradnje stenskih useka ili zaseka, postoje
različiti tipovi sidara potrebni za stabilizaciju kliznih površina ili pridržavanje nestabilnih
blokova. Za ugradnju sidara (geotehnička sidra i ankeri) moraju se definisati raspored i
dubina bušotina (geometrija bušotina) u kojim se ugrađuju.
Primenjuju se za stabilizaciju - sanaciju:
- sanacija kosina,
- sanacija klizišta,
- igličanje - ekserisanje tla i
- ojačanje podgradnih konstrukcija.

Injektirana štapna sidra ugrađuju se u bušotine ispunjene cementnom smesom ili smesom
od veštačkih smola. Sidrenje, odnosno veza sa stenskom masom uspostavlja se celom
dužinom elementa ojačanja na osnovu hemijskih veza trenja i uklještenja.

Upotreba geotehničkih sidara
U praksi upotreba geotehničkih sidara je vrlo raširena. Međutim sidra se upotrebljavaju u
slučajevima u kojima primena drugih rešenja daje slabije rezultate. To se pre svega odnosi
na slučajeve u kojima bi moglo doći do rušenja konstrukcije, a istu treba sačuvati, u
slučajevima estetskih zahteva kada su u pitanju znatno povećani troškovi ili u slučajevima
u kojima se radovi ne mogu izvesti bez upotrebe sidara.Neke konstrukcije se ne mogu
zamisliti bez upotrebe sidra, kao kod visokih brana radi formiranja povoljnih naponskih
stanja u kritičnim zonama.To se pre svega odnosi na osiguranje dobrog sadejstva

317/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
temeljnog tla i objekta radi sprečavanja neželjenih deformacija kod hidrotehničkih
konstrukcija kod kojih treba osigurati opštu stabilnost objekta na uticaj uzgona ili
klizanja, kada treba povezati nadograđeni sa postojećim delom nekog objekta, za
preuzimanje hidromehaničke opreme i za osiguranje stabilnosti objekata kod opterećenja
na potres. Za zaštitu iskopa kod dubokih građevinskih jama, za sanaciju nestabilnih
padina i klizišta, sidrenje svodova u podzemnoj izgradnji, sidrenje stubova kod mostova
itd.

Sl.420:- Primena (upotreba) geotehničkih sidara

318/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.421:- Pravilna i nepravilna ugradnja geotehničkih sidara

Sl.422:- Ugradnja sidara i geotehničkih sidara

Sl.423:- Tehnologija ugradnje geotehničkih sidara

Nakon što se smesa dovoljno stvrdne nosivost svakog sidra testirana je tokom testa
odobravanja.
→ osnovni problem prilikom injektiranja sidra je nekvalitetno injektiranje.

Jedna od veoma važnih faza u izradi svih vrsta sidara jeste i pozicija izrade bušotine za
smeštaj sidra. Ovde se neće raspravljati o ovoj poziciji radova u tehnološkom procesu
izrade sidara ali prikazaće se samo šema istorijskog razvoja i tendencija tehnologije
bušenja u stenskim materijalima.

319/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.424:- Razvoj i tendencija tehnologije bušenja u steni

Sl.425:- Primeri primene sidara za različite građevinske konstrukcije

320/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela - 41 Primena štapnih sidara

Rudarstvo Tunelogradnja Zaštita građevinskih jama Zaštita kosina

1.2.10. Merenje pomeranja stenske mase

Karakteristične linije stenske mase i podgrade na vrlo slikovit način pokazuju interakciju
stenske mase i podgrade. U praksi neće biti mogućnosti odrediti egzaktan oblik
karakteristične linijestenske mase, ali mogu se meriti pomeranja granica (radijalna
pomeranja) najčešće kao konvergenciju tunela. Karakteristična linija stenske mase i
konvergentna linija povezane su jer na različite načine prikazuju isti fenomen, sl. 426.

Sl.426:- Merenje konvergencije u tunelu - način i vreme ugradnje sekundarne obloge treba se odrediti
na osnovu rezultata merenja pomeranjakonture iskopa-tunela; u - promena razmaka dve fiksne tačke
na oporcima (zidovima) tunela - iskopa

Kod konvergentnih merenja, meri se promena razmaka dveju fiksnih tačaka na konturi
tunela. Na taj način izmere se samo komponente pomeranja u pravcu koji povezuje ove
dve tačke i to kao njihov zbir. Danas su u širokoj upotrebi geodetske metode kojima se
meri vektor prostornog pomeranja niza tačaka na konturi tunela što daje preciznu i
kompletnu sliku deformisanja konture iskopa ili podgrade.

Konvergencija se dešava brzo nakon iskopa a usporava se sa približavanjem ravnotežnog
stanja podgrade i stene. Ovo direktno vodi ka metodi opažanja (nekada se naziva Novom
Austrijskom tunelskom metodom-NATM) u kojoj se merenjima pomeranja kontroliše
efikasnost ugrađene podgrade. Ako konvergencija pokazuje približavanje ravnotežnom
stanju, može se zaključiti da podgrada zadovoljava. Ako konvergencija pokazuje stalni
prirast pomeranja, podgradu treba pojačavati.

321/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Prikaz rezultata merenja
Rezultati merenja se redovno prikazjuju na dijagramima: pomeranje-vreme. Dok se
merenja vrše, treba voditi evidenciju svih događanja koja mogu imati uticaj na izmerenu
veličinu kao što su:
• iskop nove faze,
• ugradnja podgrade (mlazni beton, sidra i slično),
• potres.

Sl.427:-Merenje konvergencije u tunelu - iskopu

Sl.428:- Praćenje promene radijalnih pomeranja tokom vremena

Najčešće tehnike merenja u podzemnim prostorima:
1- merenje pomeranja konture iskopa distometrima;
2- merenje pomeranja konture iskopa geodetskim metodama;
3- merenje pomeranja u stenskoj masi ekstenziometrima;
4- merenje napona uzduž sidra (meassuring anchor);
5- merenje sile na glavi sidra (total anchor force);
6- merenje radijalnih i tangencijalnih napona u mlaznom betonu i u betonskoj oblozi;
7- merenje kontaktnih napona između obloge i stenske mase;
8- pijezometarska merenja.

Sl.429:- Različite tehnike merenja - opažanja u podzemnim prostorima

322/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.430:- Najčešće kontrolne tačke merenja: a - obloga i b - stenska sidra - ankeri

1.2.10.1. Merenje pomeranja unutar stenske mase

Za merenje pomeranja unutar stenske mase koriste se:
• ekstenziometri
• inklinometri
I jedni i drugi uređaji mere unutar bušotine ali je princip merenja bitno različit.

Ekstenziometri uvek mere promenu razmaka dveju tačaka u pravcu bušotine a
inklinometri mere pomeranje normalne na osu cevi kroz koju prolaze.
Samo ime (ekstenziometar) upućuje da su namenjeni prvenstveno za mernje povećanja
razmaka dveju tačaka (extension). Naziv ekstenziometar potiče iz vremena kada su se oni
koristili isključivo za merenja pomeranja unutar građevina gde se stvarno mogu izmeriti
samo izduženja.
Međutim, kada ekstenziometar koristimo za merenje sleganja ispod temelja, oni bi se
trebali zvati kompresiometrima (compressometers). Ovaj naziv nikada nije zaživeo u
inženjerskoj praksi.

Terzaghi ih je nazivao faundations gauges. Danas se obično nazivaju senzorima sleganja
(settlement gauges). Ime inklinometra upućuje da se njime meri nagib-inklinacija.
Prema konstrukciji i principu merenja, razlikuju se:
• štapni ekstenzometri (rod extensometers),
• žičani ekstenzometri (wire extensometers),
• ekstenzometri kod kojih se koristi prenosiva merna sonda za merenje razmaka
fiksnih tačaka (probe extensometers).
Bez obzira o kom se tipu ekstenziometra radi, merenja se uvek izvode u cevima koje su
ugrađene u prethodno izbušenu bušotinu. Prostor između cevi i stenske mase se injektira
cementno-bentonitnom injekcionom smesom, odgovarajuće konzistencije i čvrstoće
nakon stvrdnjavanja.

Ekstenziometarska merenja (izuzev jednostrukog ekstenziometra) pripadaju grupi tzv.
Linijskih merenja (linewise measurement). Tačkasta merenja (pointwise measurement)
dobiju se upotrebom jednostrukog ekstenzometra.

Sl.431:-Moderna komunikacija projektanta
sa podacima koje ekstenziometri mere
(prospekt Solexperts)

323/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Merenja konvergencije obavljaju se u raznim geološkim uslovima a mogu se primeniti ne
samo za in situ ocenjivanje naponskog polja, već i za definisanje konstitutivnih modela i
parametara kojima se opisuje ponašanje stenske mase.

Sl.432:- Dijagram izmerenih pritisaka na oblogu tunela „Mili“ na pruzi Beorad - Bar

Iako je relativno jednostavan postupak, merenje konvergencije smatra se vrlo pouzdanom
i informativnom metodom merenja koja se vrlo često primenjuje u rudarstvu i
tunelogradnji. Metoda se zasniva na činjenici da se elastična deformacija površine stene
može, zbog otpuštanja napona posle iskopa, izmeriti u smerovima određenim
konvergencionim klinovima koji su instalisani u neposrednoj blizini čela tunela. Analiza
rezultata dobijenih merenjem konvergencije u toku karakterizacije terena nije samo
značajna za procenu naponskog stanja in situ nego i iz sledećih razloga:
• to merenje pridonosi karakterizaciji znatno promenjenih izolacionih svojstava u
iskopom poremećenoj zoni (EDZ)
• na osnovi tog merenja dobijaju se podaci o ponašanju stenske mase u koju će biti
ugrađeno tehničko postrojenje u dužem vremenskom razdoblju.

Na primer, na dubini od 600 m. deluju primarni naponi su veličine od 15 MN/m
2
. Svaka
ekonomski opravdana podgrada ne može na sebe preuzeti više od 2 MN/m
2
. To znači da
najveći deo napona na sebe preuzima stenska masa. Zato je stenska masa najvažniji
element podgrade i njena mehanička svojstva dominantno utiču na stabilnost iskopa -
tunela. Svim merama i postupcima treba sačuvati prirodna svojstva stenske mase (izbeći
njeno poremećenje).

Sl.433:- Primer, na dubini od 420 m. deluju primarni naponi veličine od 14 MN/m
2
,(Hoek i Brown, 1980).

Sl.434:- Odnosi napona koji na sebe preuzimaju stenska masa i podgrada

324/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sve što je rečeno o karakterističnim linijama kontinuirane stene i podgrade važi i za slučaj
podgrađivanja diskontinuirane stene. Povećanjem stepena ispucalosti opada čvrstoća
stenske mase a povećava se deformabilnost (smanjuje se modul deformabilnosti) što će
za posledicu imati sve položeniju karakterističnu krivu stenske mase, sl. 434, Efekat je
sličan redukovanju modula deformabilnosti sa povećanjem gustine diskontinuiteta
(pukotina).

Sl.435:- Karakteristična linija stenske mase u diskontinuiranoj stenskoj masi

Na prikazanom dijagramu, sl.435, vide se dva granična stanja stenske mase. Jedno
granično stanje odnosi se na idealno elastično ponašenje stene a drugo na stanje u kojem
stenska masa nema čvrtoću (vodoravna karakteristična linija stenske mase, pi = p0). U
oba slučaja radijalno pomeranje konture iskopa biće jednako nuli (potpuno sprečeno
deformisanje) ako pritisak podgrade bude jednak primarnom stanju napona koje je
vladalo u steni pre iskopa. Svakako ovo važi i za sve međuslučajeve. Kako se ravnotežno
stanje postiže u tačkama presecanja karakterističnih linija, jasno je da nema smisla
ograničavati pomeranja na nulu osim u slučaju kada stenska masa nema čvrstoću. Naime,
kada stena nema čvrstoću, jedino moguće rešenje je da pritisak podgrade bude jednak
primarnom naponu. U svim ostalim slučajevima pritisak kojim podgrada mora delovati
na konturi iskopa da bi se postiglo ravnotežno stanje, biće manji od primarnog napona
ako se dozvoli radijalno pomeranje konture iskopa.

Stenska masa bez čvrstoće javlja se pri izgradnji tunela (objekata) u potpuno zasićenom
tlu sa velikim dotocima vode. Iskop tunela (objekata) u ovakvim uslovima moguć je
jedino primenom mašina za iskop u punom profilu sa zatvorenim štitom ili zamrzavanjem
stenske mase. Kao rešenje postoji i mogućnost konsolidacije ovakve stenske mase
injektiranjem, ali tada stenska masa dobija nova mehanička svojstva jer više nije bez
čvrstoće.

1.2.11. Korozija sidra - degradacija (Degradation)

Ugrađena sidra izložena su različitim vrstama procesa degradacije (Berzell, 2014). Ovi
procesi su obično kombinacija prirodnih i spoljnih faktora kao što su, između ostalih,
starenje ili korozija. Otpor materijala prema ovim procesima degradacije je od velikog
interesa, jer će definisati životni vek svakog elementa, a posebno i celokupne strukture
uopšte. Međutim, postoje nejasnoće u vezi sa ovim procesima degradacije, pošto ugrađeni
stenski ankeri u betonskim objektimanisu lako dostupni.

Degradacija čeličnih sidara ili okolnog cementnog maltera potencijalno može smanjiti
nosivost zatezanih stenskih sidara. Međutim, teško je proceniti stepen degradacije, a
posebno njenog uticaja na nosivost. Dodatna poteškoća je u tome što jedan proces

325/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
degradacije može dovesti do iniciranja drugog mehanizma degradacije ili rezultirati
sinergijskim efektima između mehanizama degradacije.

Jedan primer degradacije betona (ili injekcione mase) i armaturne trake (ili stenskog
sidra) prikazan je na slici 436, gde karbonizacija betona rezultuje smanjenjem pH u
betonu i time smanjuje zaštitu od korozije čelika. Drugi efekat može biti da korozija može
smanjiti vezu između injekcione mase i sidra (čelične šipke).

Sl.436:- Prikaz degradacije čelika ugrađenog u beton zbog karbonizacije i korozije.

Postoje značajna istraživanja o koroziji čelika i do izvesne mere korisnog uticaja od
alkalnog okruženja cementa radi smanjenja stope korozije. Alkalno okruženje betona
(tipično pH 12 do 13) pruža zaštitu od korozije/smanjenje čelika. Na čeliku se nalazi tanki
oksidni sloj u ovoj visokoj pH okolini, koji sprečava rastvaranje atoma metala. Ovaj
oksidni sloj rezultuje značajno smanjenom stopom korozije, obično 0,1 μm godišnje, u
poređenju sa normalnom korozijom koja može biti najmanje 1000 puta veća, (ACI 222).

Istraživanja vezana uz degradaciju cementne injekcione mase su prilično ograničena u
upoređenju sa istraživanjima o koroziji. Međutim, mogu se izvući neki zaključci o
mehanizmima degradacije (razgradnje) drugih materijala na bazi cementa, kao što su
beton ili betonski proizvodi.

Sva sidra izrađena od metala, podložna su koroziji. Uticaj korozije nije bitan kod
privremenih sidara dok je kod trajnih sidara je vrlo važna i potrebno je izvršiti
antikorozivnu zaštitu.

Korozija čelične armature je potpuno prirodan elektromehanički proces koji se indukuje
ili karbonizacijom ili hloridima. Agresivnost ovog procesa zavisi ne samo od konkretnog
kvaliteta već i od okoline.

Korozija u vodenim rastvorima može započeti u čeliku kao:
1. Elektrohemijski proces, elektrolit, sa pasivnom i aktivnom ćelijom,
2. Rezultat agresivnosti vode.

Sl.437:- Korozija armature u betonu

326/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 438:- Prikaz zaštite građevinske jame sa jednim redom sidara

Sl. 439:-Prikaz izrade cevaste zaštite - „kišobrana“ pri građenju tunela (portala)

327/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.3. Torkretiranje

Torkretiranje je geotehnička metoda poboljšanja svojstava terena koja se izvodi tako što
se površine stabilizuju nabačenim špric betonom-torkretom. Površine mogu biti prirodne
kosine ili iskopi u terenu:
zaseci;
useci;
podzemni iskopi.

Torkret predstavlja mešavinu: vode, cementa i peska ili agregata. Nabacuje se u slojevima

Po definiciji, mlazni beton je beton transportovan pomoću vazduha pod pritiskom sa
velikom brzinom. Torkret beton izumio je američki arhitekta Carl Ethan Akeley 1910.
godine. Akelej je imao ideju da razvije "cementi pištolj" koji omogućava raspršivanje
maltera ili betona.

Sl.440:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona

Torkret beton (Shotcrete) uglavnom se koristi u podzemnim građevinskim projektima
(putno-železnički tunel, hidroelektrane, rudnici, parkinzi, podzemna železnica, metro,
skladišta itd.). Uz to, torktret je ekonomičan alat za izvođenje radova na stabilnosti
nagiba, bazena, plovnih puteva, popravka betona, unutrašnje obloge i arhitektonskih
građevina. Ukupna količina torkret betona u svetu koja se godišnje primenjuje je više od
12 miliona kubnih metara.

Dakle, pod torkretiranjem podrazumeva se postupak nabacivanja betona na jednostranu
oplatu ili na neki zid, površinu ranije izbetonirane konstrukcije, površinu stene (u useku,
tunelu i slično), putem komprimovanog vazduha. Često se, umesto pojma “torkret”,
koriste i nazivi “prskani” ili “mlazni beton”, dok su u engleskom govornom području u
upotrebi termini “shotcrete” ili “sprayed concrete”. Pod ovim terminima često se
istovremeno podrazumevaju konstruktivni materijal, proces i oprema za nanošenje
torkreta. Mada relativno skup, postupak torkretiranja dosta se široko primenjuje, pošto se
ovako ugrađen beton odlikuje visokim fizičko-mehaničkim svojstvima (zapreminskom
masom, čvrstoćom, athezijom za podlogu, vodonepropustljivošću, otpornošću na dejstvo
mraza), kao i zadovoljavajućom trajnošću.

Prskani beton ili torkret-beton (ime dobio po proizvođaču pumpi Torkret; eng.
shotcrete), postavlja se na željeno mesto pomoću kompresovanog vazduha. Torkret-beton
se često koristi prilikom betoniranja kosih/vertikalnih zemljanih ili kamenih površina,
pošto eliminiše potrebu za oplatom. Ponekad se koristi za ojačavanje stene, prilikom
gradnje tunela, zaštite saobraćajnica od odrona i sl.

328/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Torkretiranje - postupak kojim se nanosi sloj špric-betona ili cementnog maltera na sveže
otkrivene zidove podzemnih prostorija ili kosina i predstavlja jednu vrstu podgrade ili
obloge podzemne prostorije, odnosno zaseka ili useka. Pored podgrađivanja, odnosno
oblaganja prostorije postižu se i efekti očvršćavanja stenske mase i njene izolacije od
spoljašnjih uticaja - atmosferilija. Ovi postupci primenjuju se samo u terenima izgrađenim
od ispucalih čvrstih stenskih masa.

Torkret predstavlja mešavinu: vode, cementa i peska ili agregata. Nabacuje se u
slojevima, a nakon očvršćavanja njime se ostvaruje bolja stabilnost izdeljenih blokova
stenske mase po konturi iskopa, sprečavaju se uvećani dotoci vode i znato se smanjuju
naročito uticaji atmosferilija na površine otvorenih kosina. Na površine iskopa može biti
prethodno ugrađena odgovarajuća žičana mreža, preko koje se nabacuje torkret. Žičana
mreža služi kao armatura.

Sl.441:- Šematski prikaz sastava prskanog(mlaznog) betona

Torkret najčešće ima zadatak da osigura privremenu stabilnost iskopa ili kosine. U nekim
slučajevima debljina torkreta je tolika da on preuzima i ulogu trajne podgrade iskopa.

 Dve su osnovne tehnike ugradnje mlaznog (torkret) betona:
- suvi postupak i
- mokri postupak.

1.3.1. Suvi postupak - suva mešavina cementa i agregata dovodi se na mlaznicu
vazdušnim transportom gde joj se dodaju voda i aditivi.
- Suva mešavina sastavljena od agregata i cementa ubacuje se u mešalicu odakle se
komprimovanim vazduhom transportuje kroz gumeno crevo do mlaznice za nabacivanje
- Kod same mlaznice posebnim crevom dovodi se voda i aditivii dodaju se suvoj smesi
u određenoj srazmeri, nakon čega se jak mlaz mlaznog betona usmeri na planiranu
površinu.

Sl.442:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona -suvi postupak

1.3.2. Mokri postupak

U uređaj se doziraju i mešaju cement, agregat, voda i aditivi ili se stavlja već pripremljen
beton u fabrici betona, željenog vodocemntnog faktorai gumenim cevima dovodi na

329/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
mlaznicu vazdušnim transportom ili pumpama za beton, a zatim se vrši nabacivanje na
podložni beton ili pripremljenu površinu za ugradnju.

Sl.443:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona - mokri postupak

Nanošenje torkreta - postupak kojim se nanosi sloj špric-betona ili cementnog maltera na
sveže otkrivene zidove podzemnih prostorija ili kosina može biti ručno i mašinsko.

Sl.444:-Ručno i mašinsko nanošenje mlaznog betona

Dakle, generalno, postoje dva postupka nanošenja torkreta na podlogu: suvi i mokri. Kod
suvog postupka, do uređaja za nabacivanje - torkretnog topa, dovodi se suva mešavina
agregata i cementa pod pritiskom, pa se tek neposredno pred nabacivanje na podlogu ova
mešavina meša sa vodom. Pri tome, obično se koristi sitniji agregat (D ≤ 8 mm), a
korišćeni vodocementni faktor kreće se u granicama 0,32-0,37. Optimalna debljina sloja
nabačenog betona iznosi 25-30 mm. U slučaju mokrog postupka, sve komponente
betonske mešavine istovremeno se mešaju, a zatim se potiskuju kroz naročite cevi do
mlaznice iz koje bivaju izbačeni brzinom od oko 120 m/s. Pri ovom postupku mogu se
koristiti i agregati većih prečnika (D ≤ 25 mm), uz manji utrošak cementa u odnosu na
suvi postupak. Takođe, primenom ovakve tehnologije omogućeno je nabacivanje slojeva
betona veće debljine, koja može da iznosi 50-70 mm.

Za obe metode mogu biti dodati aditivi aksceleratori i vlakna kao armatura - česta je
upotreba silicijumske prašine i vlakana.

U poslednje vreme, sve se češće primenjuju tzv. mikroarmirani torkret betony (FRS -
Fiber Reinforced Shotcrete). Razlika u odnosu na standardni torkret beton (armiran
klasičnom - čeličnom armaturom u vidu mreže), je u tome što FRS beton sadrži armaturu
u obliku čeličnih ili sintetičkih vlakana. Tokom nanošenja torkreta na podlogu velikom
brzinom, vlakna se uniformno raspoređuju u masi betona, čime se dobija homogenija
struktura kompozita u vidu prostorne matrice armirane trodimenzionalnom
mikroarmaturom. Vlakna u značajnoj meri mogu da poboljšaju svojstva betona, a pre
svega u domenu povećanja zateznih čvrstoća (pri aksijalnom zatezanju, savijanju i
cepanju), zatim poboljšanja statičke i udarne žilavosti, kao i kontrole propagacije prslina

330/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
usled skupljanja. Vlakna, takođe, povećavaju atheziju (prianjanje) betona za podlogu,
vodonepropustljivost, otpornost na dejstvo mraza i otpornost pri požarnom opterećenju.

U oblasti geotehničkih melioracija, koristi se: kao zaštitni sloj od atmosferskih uticaja,
kao čvrsta betonska masa koja povezuje blokove ispucalih stenskih masa na kosinama ili
u podzemnim iskopima, za zatvaranje pojedinih šupljina u stenskoj masi, u pojedinim
slučajevima se izvodi kao zamena za trajnu oblogu iskopa.

U cilju smanjivanja odskoka (tzv. “rebound” efekat), obezbeđenja neophodne
tiksotropnosti mešavine i boljeg slepljivanja mase za površinu na koju se nabacuje,
torkret-beton često se spravlja i sa određenim specifičnim hemijskim dodacima, kao i sa
mikroarmaturom (najčešće čelična ili sintetička vlakna).

Ubrzani priraštaj čvrstoće kod torkret-betona, njegova sposobnost da se lako nanosi na
nepravilne površine bez potrebe za postavljanjem oplate, kao i sposobnost da obezbedi
dodatnu fleksibilnost stenskoj masi, čine ovaj postupak idealnim za primenu u
podzemnim radovima, kao i u oblasti sanacija.

Sl.445:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona - mokri postupak

Vrlo je važano pravilno i ekonomičnije ugraditi prskani (mlazni beton - torkret).
Najvažnije je pravino usmeriti mlaznicu prema mestu ugradnje. Na prikazanim slikama i
dijagramu vidi se pravilno ili nepravilno ugrađivanje torkret betona.

Sl.446:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona - mokri postupak

331/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.447:- Šematski prikaz ugradnje mlaznog betona - mokri postupak

Ime Gunite se često koristi za torkret, ali je pravilno samo kad se odnosi na suvo-mešani
i nekada je to bilo zaštićeno ime. Ovaj tip betona je sposoban da razvije visoku čvrstoću
samo par sati nakon postavljanja. Ova osobina ima prednosti kao što je brzo uklanjanje
oplate i nastavak gradnje, popravka puteva koji mogu da se puste u promet samo nekoliko
časova kasnije...

Mlazni beton (torkeret): može se koristiti u kombinaciji sa sidrima (kao u tunelima);
nanosi se špricanjem preko usidrene mreže, ili se koristi beton sa čeličnim vlaknima
dužine 50 mm, koja betonu daju zateznu čvrstoću.

Često se u građevinskoj praksi pojavljuju zahtevi za betoniranje pojedinih konstruktivnih
elemenata u koje se, zbog određenih zahteva, ne može ugraditi beton uobičajenih osobina,
odnosno uobičajenih postupaka ugradnje. Nekada je to u pitanju položaj konstruktivnog
elementa, zahtev za ojačanjem konstrukcije, brzina očvršćavanja, sanacija dela ili
konstrukcije u celini i tome slično. Potrebne karakteristike svežeg mlaznog betona za
uspešno betoniranje bi bile: ugradivost, obradivost, odsustvo segregacije, smanjenje
odskoka pri nanošenju, zahtev za prirastom početnih čvrstoća, ostvarenje projektovanih
karakteristika očvrslog betona i posebnih svojstava. Pravim odgovorom na postavljene
zahteve pokazao se mlazni beton.

Torkret uređaji - mašine

Torkret mašine, (engl. plastering machines), grupa raznovrsnih srazmerno manjih
građevinskih mašina i slične tehnološke opreme za proizvodnju (mešanje sastava),
transport (guranje kroz cevi) i ugradnju (nabacivanje) svih vrsta maltera, podloga i ostalih
slojevitih konstrukcija od sitnozrnih ili mlaznih betona. Obuhvataju postolje na
točkovima sa delovima gde se vrši prihvat i mešanje (mešalica) zatim guranje (vijčana ili
klipna pumpa za sitnozrni beton) mešavine kroz cevi do mesta ugradnje. Na kraju cevi
nalazi se posebna mlaznica za nabacivanje betona (maltera). Transport mešavine može

332/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
biti takođe pomoću komprimovanog vazduha. Pogon ove oprema može biti na električni
ili vazdušni pogon. Savremeni sistemi ove opreme obuhvataju pokretne silose sa
pripadajućim pumpama za guranje mešavine kroz cevi. Mikserima doprema se suva
mešavina koja se na gradilištu pre ugradnje meša sa vodom. Posebni oblik mešalica za
izvođenje obloga od mlaznog betona u tunelogradnji su tzv. „torkret mašine“(engl.
concrete spraying machines). Savremeni tzv. mokri postupak izvođenja mlaznog betona
izvodi se pomoću samohodnih torkret aparata na kamionskom podvozu. Ova oprema
obuhvata i u svim smerovima pokretni i okretni lomljivi krak koji nosi mlaznicu za
nabacivanje betona.

Sl. 448:- Neke od torkret mašina
Sl.449:-Ugradnja torkreta
Kako je rečeno, tehnologija mlaznog torkretiranja pojavila se u svetu sedamdesetih
godina, a u Evropi počela se koristiti od 1976. godine. U SAD-u se počela primenjivati
od 1979. godine s tim da je u prvih šest godina imala samo pet (5) primena.

U bivšoj Jugoslaviji tehnologija mlaznog injektiranja počela se primenjivati od 1973-4.
godine. Prva primena bila je od strane Vojnograđevinske Direkcije Beograd na
podzemnim objektima za komandovanje, zaštitu i skladištenje raznih uređaja i sredstava
za vojne potrebe. Od 1975. nadalje, Vojno-građevinske ustanove (npr. VGU Split - VP
4416) u okviriu Direkcije za investicione radove, Beograd - VP 4479, (DIR), izvele su
preko 350.000 m
2
površine pod torkret betonom sa aditivima ili bez aditiva.

Kao inženjer u Direkciji za investicione radove, Beograd, Balkanska 53, VP 4479 -
odelenje VGU Split - VP 4416, direktno sam projektovao i rukovodio ugradnjom na oko
60.000 m
2
torkreta, oko 25.000 ankera i preko 15.000 m
2
betonskih obloga tunela. Većina
ovih površina je na saobraćajnicama, najčešće useci i tuneli, ali i na podzemnim
objektima tipa „Strela“, „Jastog“, „KM“... najčešće uz primenu klinastih i ekspanzionih
ankera a nešto manje perfo ankera i geotehničkih sidara.
Vrlo važno:
Mlazni beton se ne ugrađuje ukoliko se ugradnja ne može završiti u roku od 90 minuta
od vremena mešanja. Vremenski raspon biće što kraći, naročito u razdoblju visokih
temperatura vazduha i velike vlažnosti. Vreme mešanja je najmanje 3 minuta.

333/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.4. Zamrzavanje tla

Termička stabilizacija
- Zagrevanje tla ‐ porastom temperature povećava se sleganje gline pod datim opterećenjem. Nakon
hlađenja dolazi do termalne prekonsolidacije gline.
- Zamrzavanje tla - metod veštačkog zamrzavanja koristi se za privremeno ojačanje tla kod podzemnih
iskopa.Može se primeniti na sve tipove tla.

Zamrzavanje tla je građevinska tehnika koja se koristi u izgradnji vertikalnih okana,
niskopa i tunela koja pruža privremenu podršku tlu i kontrolu podzemnih voda kada druge
konvencionalne metode kao što je odstranjivanje vode, podgrada i injektiranje ili mešanje
tla to nije izvodljivo.

Zamrzavanje tla je upotreba rashladnog sredstva za pretvaranje in-situ porne vode u led.
Led tada deluje kao cement ili lepilo, povezujući zajedno susedne čestice tla ili blokove
stena kako bi povećao njihovu kombinovanu snagu i učinio ih nepropusnim.

Istorija tehnike zamrzavanja tla
Metodu veštačkog zamrzavanja tla otkrio je nemački naučnik F. Hermann Poetsch 1883.
godine. Prvi put je upotrebljen u Americi u kompaniji Chapin Mine in Iron Mountain,
gde je zamrzavanje izvršeno do dubine od 100 stopa - 30,48 m.
Međutim, osnovna primena ostaje pružanje podrške nadzemnim vodama i iskopima za
potapanje okana. Zapravo za duboke objekte još uvek nije utvrđena bolja metoda.

Uslovi u kojima je zamrzavanje tla najefikasnije
 Tlo na kojem je propusnost bušenja, mlaznog injektiranja, iskopavanja ili drugih
vertikalnih alata za rezanje ograničena.
 Ispunjeno tlo i tla koja sadrže veštačke prepreke.
 Netaknuto tlo koje sadrži kamenje, gromade ili nepravilan spoj tlo/stena.
 Tlo koje je poremećeno zbog nestabilnih uslova ili dotoka vode.

1.4.1. Principi zamrzavanja tla
Glavni princip ove metode je pretvaranje vode u led metodama spoljnjeg zamrzavanja
kako bi se stvorila vodena zaptivka i ojačalo tlo. Efikasnost zamrzavanja zavisi od
prisustva vode za stvaranje leda, cementiranja čestica i povećanja čvrstoće tla na
ekvivalent mekih ili srednjetvrdih stena.

Ako u tlu nema dovoljno količine vode da bi se sve zamrznulo, tada može biti potrebno
osigurati dodatnu vodu kako bi se pore potpuno začepile. Ova metoda je veoma efikasna
na mestima na kojima je tlo sastavljeno od mulja. Druge metode injektiranja se ne mogu
preduzeti zbog vrlo finih pora.

Čvrstoća koju je tlo postiglo nakon instalisanja ove metode zavisi od temperature
smrzavanja, sadržaja vlage i prirode tla. Nakon završetka početnog zamrzavanja i
postavljanja zamrznute barijere, potrebni rashladni kapacitet znatno se smanjuje za
održavanje zamrznute barijere.

Kada se podzemna voda transformiše u led, dolazi do širenja koje je zanemarivo, uočeno
je širenje od oko 9% što ne predstavlja ozbiljan pritisak ili naponi na tlo.

Kako je ovo veštačka metoda hlađenja, može sevršitizamrzavanje bilo koje vrste tla koja
pruža veliku sigurnost u odnosu na različite metode injektiranja.

334/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kao i u svim tehnikama obrade tla, potrebna je odgovarajuća istraživanja na mestu kako
bi se odabrao najbolji sistem i projektovao odgovarajući niz cevi za zamrzavanje i
odabralo postrojenje odgovarajuće snage.

Jednom kada započne proces zamrzavanja, potrebno je nadzirati kako bi se osiguralo
formiranje pregradnog zida i proverilo kada je zamrzavanje završeno. Za vreme procesa
bušenja ugrađuju se cevi za praćenje temperature i za merenje temperature tla.

Zamrzavanje tla (terena) primenjuje se kod vodom zasićenih rastresitih stenskih masa, a
naročito finozrnih peskova koji se, u tom slučaju, mogu ponašati kao tečljiva sredina.
Postupak se sastoji u veštačkom snižavanju temperature u cilju zamrzavanja podzemne
vode koja ispunjava međuzrnske pore. Na taj način sredina postaje čvrsta sve dok
temperatura ne dostigne tačku topljenja leda.

Zamrzavanje se primenjuje kao privremena mera poboljšanja svojstava tla (terena).

Sl.450:- Šematski prikaz metode direktnog zamrzavanja tla
Dakle, zamrzavanje tla je tehnika privremenog ojačanja tla stvaranjem ledene strukture
tla u tlu. Koncept je pretvaranje čiste vode u led. Zamrzavanje se dobija cirkulacijom
tečnnog azota ili sonih rastvora u zatvorenim cevima postavljenim u tlo, ili kombinacijom
obe metode. Zamrznuto tlo može se koristiti za stvaranje čvrstih, otpornih na opterećenje
i vodonepropusnih građevina za radove tuneliranja, ukrsnih prolaza između tunela, iskopa
jama i okana i probijanja ili spašavanja TBM-a.

Ova metoda je vrlo razvijena u zemljama koje obiluju peščanim tlima, gde se pokazala
vrlo efikasna. Zamrzavanje se vrši oko građevnske jame ili samo sa jedne njene strane
kao bi se dobila vodonepropusna pregrada.

1.4.2. Vrste metoda zamrzavanja tla

Postoje dve različite metode zamrzavanja koje se mogu koristiti za zamrzavanje tla:

 Direktna metoda je zamrzavanje tečnim azotom (liquid nitrogen-LN2). Ova metoda
traje kratko vreme zamrzavanja, ali ima velike troškove za energiju i održavanje.

 Indirektna metoda je zamrzavanje tečnim rastvorom soli, što nudi niske troškove
energije i održavanja. Za zamrzavanje tla potrebno je oko 20 do 30 dana - ali ova
metoda je pogodna i za utvrđene prostore. Takozvana mešovita metoda kombinacija je
zamrzavanja tečnim azotom i sonim rastvorom.

335/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.4.2.1. Direktna metoda - upotreba tečnog azota (LN2)

Azot se održava u tečnom stanju u izolovanom rezervoaru nešto iznad atmosferskog
pritiska. Na temperaturi od -196°C tečnost cirkulše u zatvorenim bakrenim cevima
ugrađenim u tlo izazivajući toplotni šok u podzemnoj vodi koja okružuje samu cev i
smrzava tlo oko cevi. Istrošeni gas ispusta se u atmosferu. Korišćenjem tečnog azota
moguće je zamrzavanje porne vode koja se nalazi u cilindru tla prečnika oko 1 metar u
roku od 3-4 dana. U normalnim uslovima, zamrzavanje tela tla završava se u roku od 5
do 8 dana. Sistem tačaka za merenje temperature omogućava praćenje procesa
zamrzavanja i optimizaciju potrošnje azota.

Sl.451:- Šematski prikaz metode direktnog zamrzavanja tla

Sl.452:- Tipčan LN2 sistem za zamrzavanje tla
Brzina zamrzavanja tla sa LN2 mnogo je brža nego kod drugih metoda, ali tečni azot je
skup. Metoda je posebno pogodna za kratak period smrzavanja do oko 3 nedelje.

Može se koristiti zajedno sa ostalim procesima sa istim nizom cevi za zamrzavanje i
mrežom izolovanih razvodnih cevi, u kojima se tečni azot prvo koristi za brzo

336/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
uspostavljanje zamrzavanja, a zatim redovnim hlađenjem kako bi se održalo stanje dok
se radovi izvode.

Ovo može biti od pomoći kada prirodni tok podzemne vode otežava početno smrzavanje.

1.4.2.2. Indirektna metoda - zamrzavanje sonim rastvorom
U takozvanoj indirektnoj metodi soni rastvor (oko 30% rastvora kalcijum hlorida u vodi)
hladi se električnim rashladnim uređajem na temperaturama od -35°-40°C i cirkuliše u
metalnim cevima postavljenim u tlo (cevi za zamrzavanje), nakon čega se vraća u
rashladnu jedinicu koja se hladi. U ovom slučaju treba oko 20 do 30 dana za zamrzavanje
tela tla prečnika oko 1 metar. Takođe u ovom slučaju cirkulacioni sistem mora biti
zatvoren, važno je izbeći propuštanje sonog rastvora u zemlju. Sistem tačaka za merenje
temperature omogućava praćenje procesa zamrzavanja. Naslici 453 je prikazan šematski
prikaz metode indirektnog zamrzavanja tla.

Sl.453:- Šematski prikaz metode indirektnog zamrzavanja tla

1.4.2.3. Mešovita metoda
Takozvana mešovita metoda koristi tečni azot za fazu zamrzavanja i soni rastvor za fazu
održavanja. To štedi vreme za fazu zamrzavanja u odnosu na metodu sonog rastvora. S
druge strane, može biti prilično skupo jer zahteva ugradnju zasebnog distribucionog
sistema i za fiziološki rastvor i za tečni azot i upotrebu bakrenih cevi unutar čeličnih cevi
za zamrzavanje.

Nakon faze zamrzavanja azota, temperatura bakrenih cevi treba biti iznad -35°C da bi
tečni soni krug cirkulisao, jer bi u protivnom soni rastvormogao smrznuti u cevi.

Primena tehnike zamrzavanja tla
- metoda zamrzavanja tla pogodna je za finozrno tlo, ne previše sitna.
- to je spor, ekspanzivan metod i zahteva cirkulaciju gasa amonijaka ili tsl.
- upotrebljava se za stabilizaciju iskopa, za sprečavanje potapanja rudarskih okana, za
oporavak neoštećenog tla granulisanih slojeva,
- upotrebljava se kao privremena podloga,
- privremena podrška za iskop,
- sprečavanje priliva - dotoka podzemne vode u iskopano područje,
- privremena stabilizacija nagiba i
- privremena zagađenja toksičnim/opasnim otpadom.

Veštačkim snižavanjem temperature zamrzava se porna voda međuzrnskih pora i time se
postiže:
• smanjenje propusnosti tla i
• povećanje čvrstoće tla.

337/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Faktori od kojih zavisi zamrzavanje tla su:
- Geološki i hidrogeološki uslovi terena,
- Vrsta tla,
- Toplotna provodljivost tla - toplotna svojstva,
- Sadržaj vlage - Voda - NPV, temperatura i brzina, saturiranost,
- Kohezija i
- Temperatura vazduha.
Pitanja zamrzavanja tla su:
- toplotna analiza,
- geometrija rashladnog sistema,
- toplotna svojstva tla i stena,
- stope zamrzavanja,
- energetske potrebe,
- analiza distribucionog sistema rashladnog sredstva.

Najvažnija je količina vode koju treba zamrznuti.
- Provodljivost čestica tla i sadržaj vode utiču na preteranu toplotnu prvodljivost tla. Zato
što čestice gline imaju veću izolacionu vrednost od čestica mulja ili peska i budući da
glinena tla obično zadržavaju više vlage od mulja i peska.

Ostali faktori:
Postoje i drugi faktori koji utiču na dubinu zamrzavanja. Izolacioni učinak snega
zaslužuje posebnu pažnju. Pokazano je da svaka stopa neporemećnog snega smanjuje
dubinu zamrzavanja tla pri približno istoj količini. Tu su i meteorološki faktori kao štosu:

- Temperatura vazduha (verovatno najznačajnija)
- Sunce
- Padavine
- Brzina vetra

Metode zamrzavanja tla

Zamrzavanje tla odvija se u dve faze:
 Aktivno zamrzavanje- stvaranje ledenog zida određene debljine pri čemu postrojenje
za hlađenje radi velikim kapacitetom.
 Pasivno zamrzavanje- sprečavanje otapanja iodržavanje postignute debljine zida.

1- Hidrogeologija i priroda zamrznutog tla

Hidrogeološki faktori bitni za procenu karakteristika zamrzavanja:
- NPV - nivo podzemne vode,
- Salinitet (mineralizacija) i onečišćenost podzemne vode,
- Podinski sloj iskopa i
- Brzina toka vode (gradijent toka).

Čvrstoća i ponašanje zamrznutog tla

Čvrstoća na dugotrajno opterećenje i pritisno-zatezne karakteristike zamrznutog tla
zavise od osobina:
- leda,
- tla i
- opterećenja.

338/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Karakteristike leda
- Sadržaj leda
- Orijentacija kristala leda sobzirom na primenjene napone
- Temperatura leda

2- Vrsta tla - karakteristike tla

Lomna čvrstoća čestica tla zavisi od:
- granulometrijskog sastava tla,
- gustine tla,
- poroziteta i
- strukture tla.

3 - Toplotna provodljivost tla - toplotna svojstva,
4 - Kohezija zavisi od:
- međumolekularnim privlačnim silama izmenu čestica tla i
- stepena cementacije.

Tabela 42 - Projekat standardne čvrstoće zamrznutog tla

Tlo
Temperatura zamrzavanja (-10
0
C) Temperatura zamrzavanja (-20
0
C)
Neograničena
čvrstoća na pritisak
Čvrstoća na
savijanje
Čvrstoća na
smicanje
Neograničena
čvrstoća na pritisak
Čvrstoća na
savijanje
Čvrstoća
na smicanje
Glina 2-4 1.5-2 1.5-2 4.5-6 2-3 2-3
Pesak 4-7 2-3 2-3.5 6-10 3-4.5 3-5

Dakle, očvršćavanje i zaptivanje je svakodnevni posao u građevinskoj industriji. U
izvesnim uslovima, zamrzavanje tla tečnim azotom je najbolje rešenje u poređenju sa
tradicionalnim metodama za tretiranje tla.

Načela - principi:

 Pretvaranje vode u tlu u čvrsti ledeni zid, koji je potpuno nepropustan.

- Priliv vode može da izazove ogromne probleme u iskopima i tunelimatako da je
najbolji način, da se dotok vode zaustavi, je da se ona zamrzne.
- Zamrznuto tlo je dva puta (duplo) jače od betona i u suštini je nepropusno.
Svrha (namena):
- privremena stabilizacija nagiba
- privremena podrška za iskop
- privremeno podupiranje
- stabilizacija zemljanih iskopa tunela
- sanacija - zamrzavanje klizišta
- stabilizacijavelikih rudarskih okana

 Formiranje zamrznute zemljane barijere regulisano je toplotnim i hidrauličnim
svojstvima svakog sloja. Tipično, stena i grubozrna tla zamrzavaju se brže od glina i
muljeva.

Projektiovanje zamrzavanja

Prilikom projektovanja zamrzavanja bilo u svrhu statičkog temelja i/ili u svrhu zaptivanja
mora se uzeti u obzir nekoliko parametara.
U vreme projektovanja sistema zamrzavanja, treba utvrditi toplotne karakteristike tla.
Takođe, treba odrediti temperaturu zamrzavanja podzemne vode. Za vreme postupka
zamrzavanja potrebno je pažljivo pratiti proces. Temperatura tla između elemenata za

339/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
zamrzavanje i temperatura rashladnog sredstva treba se odrediti pomoću termoelemenata
ili bilo koje druge pogodne metode.

Dva glavna cilja su:
- maksimalna sigurnost
- minimalna potrošnja LN2.

Sl.454:-Formiranje zamrznute zemljane barijere u različitim tlima

 Prema slici, zamrznuto tlo prvo se oblikuje u obliku vertikalnih cilindara, okružujući
cevi za zamrzavanje.

 Kako se stubovi „cilindri“ postepeno povećavaju, presecaju se, stvarajući kontinuirani
zid i, kada je, projektovana debljina konstrukcije postignuta, postrojenje za
zamrzavanje radi smanjenim kapacitetom - nivoom.

Sl.455:-Kontura rasta zamrznutog tla - koraci zamrzavanja tla-Steps of freezing soil

Posle izvesnog vremena površine koje postaju zamrznute oko cevi za zamrzavanje spajaju
se, dodiruju jedna drugu, sjedinjuju i na kraju daju vodonepropusni zid. Za oko jednu
nedelju ovaj proces formira zamrznuti zid prečnika od skoro jednog metra.

Ova takozvana faza učvršćivanja normalno traje četiri do sedam dana. Ukupna potrošnja
tečnog azota (LN2) u to vreme je oko 1.500 do 2.500 litara LN2 za 1m
3
zamrznutog tla.
Geološki uslovi (termalni izvori, protok vode, itd) mogu uticati na ovu vrednost.

340/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U fazi održavanja koja sledi, dovod tečnog azota se smanjuje i zapremina zamrznutog tla
prestaje da raste i održava se konstantnim. Da se održi 1m
3
zamrznutog tla potrebno je
oko 90 litara tečnog azota na dan.

Sl.456:- Šema faza oblikovanja vertikalnih cilindara stvarajući kontinuirani ledeni zid

Kada se zaustavi dovod tečnog azota, sloj inja počinje da se topi i nestaće za nekoliko
nedelja.

Karakteristike zamrznutog tla

- Nije moguće predvideti sleganje sa zamrzavanjem i odmrzavanjemu u šljunkovitim
tlima, dok je za finozrno tlo sleganje predvidljivo.

Prednosti zamrzavanja tla:
- Iskopavanje kroz različite slojeve tla,
- Iskopavanje preko celog čela zrnastog tla,
- Nije ograničeno vrstama - tipovima tla, bez obzira na složene geološke i hidrološke
uslove,
- Privremeno podgrađivanje susedne strukture i podrška tokom trajnog podgrađivanja,
- Zamrzavanje ztla nije bučno i nije toksično,
- Metoda smrzavanja je uklonjiva, za razliku od drugih metoda poput injektiranja tla,
- To je efikasna metoda, a značajno povećava čvrstoću tla,
- Čvrstoća zamrzavanja tla može se kontrolisati,
- Oprema se može reciklirati i ponovno upotrebiti,
- Može se koristiti u uskim prostorima,
- U tunelima u kojima se zamrzavanje vrši iz tunela i
- Stabilizacija tla.
Ograničenja:
- Zamrzavanje tla je dugotrajna metoda, a traje nekoliko nedelja zavisno od uslova tla.
- Odvod toplote uzrokovaće protok vode u tlu. Količina dozvoljenog protoka zavisiće od
korišćenog sistema, na primer, za dvofazno zamrzavanje rastvora koje se koristi.
Dozvoljeni protok je 2 m/dan. Podnošljiva brzina protoka povećava se na 20 m/litra za
direktni postupak upotrebe tečnog azota.
- Bušenje bušotina treba biti tačno kako bi se osiguralo preklapanje između područja
zamrzavanja.
- Vrlo skupo.
- Potrebno je stalno nadgledanje.
- Količinska ekspanzija vode tokom smrzavanja, što dovodi do natapanja tla i sleganje
pri odmrzavanju.

341/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.4.3. Oprema za zamrzavanje (Freezing equipments)

Postrojenja za zamrzavanje tla dele se na:
- postrojenja za hlađenje sa kružnim tokom sekundarnog rashladnog sredstva i
- sisteme za ekspanziono hlađenje.

→Postrojenje za hlađenje sa kružnim tokom sekundarnog rashladnog sredstva

- Primarno rashladno sredstvo (izvor hlađenja) je amonijak ili freon.

- Sekundarno rashladno sredstvoje rastvor soli (hlorid kalcijuma, natrijuma,
magnezijuma ili litijuma).

Sl.457:- Postrojenja za hlađenje sa kružnim tokom sekundarnog rashladnog sredstva

→ Sistem za ekspanzivno hlađenje:

Sl. 458:- Sistem za ekspanzivno hlađenje

Sl.459:-Prenosiva rashladna jedinica od 60 tona sa dva rastvora ipresek cevi za zamrzavanje tla koji
se koristi u velikim iskopima

342/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
PRIMENA:

1.Kružni iskop poduprt zamrznutim zidom:

 Zamrzavanjem može se obavljati dvostruka funkcija: prekid dotoka vode i
podgrada tla, eliminišući oplatu (oblaganje) i učvršćivanje.
 Prodiranje zamrzavanjem ne razlikuje se lako u propusnosti, efikasnije je od prekida
dotoka vode od maltera.

Sl.460:- Kružni iskop
2.Iskop podržan gravitacionim zidom zamrznutog tla:
 Kombinacija vertikalnih i nagnutih - kosih cevi za zamrzavanje tipična je za
postizanje ilustrovanog oblika.

Sl.461:-Iskop podržan gravitacionim zidom zamrznutog tla
3.Koso okno:
Kad se primenjuje na konstrukciju u nagibu - koso okno, može se usvojiti metoda
bušenja za zamrzavanja okna, kao što je prikazano na sl.462.

Sl.462:-Zamrzavanja kosog okna
4.Tuneli i podzemne železnice:
Uglavnom se nanose bočno - kanali i sa čela ulaza.
-Dva plana ugradnje:
Prekrivajuće tlo nije predebelo
Debljina prekrivajućeg tla je dovoljna

343/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.463:- Zamrzavanja tunela - vertikalni izgled odozdo na dole i horizontalni izgled

Sl.464:- Zamrzavanja svoda tunela - zamrznuti štit “koplje”

Ovde se koristiti zamrzavanje tla u tunelu pod pritiskom gde put protoka vode nije u
potpunosti zaustavljen- otvoren je potencijalni put protoka.

344/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Primena (Applications):
Sl.465:- Zamrzavanje tla u nuklearnoj centrali Fukušima, Japan (GROUND FREEZING AT FUKUSHIMA,JAPAN)

Plitak iskop SMALLSITE, Plitak iskop LARGESITE, Dubokiiskop, LANDSLIDE STABILIZATION, STABILIZACIJA mekog tla,
LIQUEFACTION/CONTAINMENT MITIGATION ,TUNNELING, Zamrzavanje tla za iskop tunela, UNDERPINNING EXISTING STRUCTURE

345/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.5. Odvodnjavanje (Dewatering) - dreniranje (drainage)

Terzaghi: Tlo je stvorila priroda, a ne čovek, a produkti prirode su uvek kompleksni. U inženjerskoj
praksi, problem nije tlo, kao tlo, nego voda koja se nalazi u porama. Na planeti bez vode ne bi bilo
potrebe za mehanikom tla.

Odvodnjavanje je opšti pojam za uklanjanje - odvođenje suvišnih voda sa površine tla u
kanale ili druge objekte za odvodnjvane do glavnih odvodnih objekata - recipijenata.
Dreniranje je odvođenje suvišnih voda u podzenmnim delovima tla - smanjenje nivoa
podzemnih voda (NPV), podzemnim drenažnim rovovima - cevima i tsl.

Prisustvo nivoa podzemne vode u blizini površine tla ima svoje ekonomske prednosti,
posebno ako se koristi za proizvodnju. Sa druge strane, brojne vrste uzročnosti mogle bi
se izbeći ako se nivo podzemne vode održi dovoljno niskim.

Tlo kao porozna sredina najčešće u svojim porama sadržati i vodu. Količina vode u
porama tla značajno utiče na fizičke i mehaničke osobine tla što je posebno izraženo kod
sitnoznog tla a manje kod krupnoznog tla. Na slici 466 prikazan je presek horizontalno
uslojenog tla. Na izvesnoj dubini u tlu registrovan je nivo podzemne vode, što se najčešće
postiže istražnim radovima. Ispod tog nivoa sve pore u tlu su zasićene vodom pri čemu je
stepen zasićenja Sr =100 %. Ova zona naziva se zona potpunog zasićenja.

Sl. 466:- Presek terena - detalj elementa tla
Kako su pore tla u međusobnoj komunikaciji to se voda pod uticajem gravitacionog i
kapilanog potencijala može kretati u njima. Pri tome voda se kreće sa mesta višeg
potencijalnog nivoa ka nižem gde je brzina kretanja proporcionalna hidrauličnom
gradijentu a zavisi od veličine pora odnosno od vodopropusnosti tla. Ukupna energija
zapremine vode koja se kreće jednaka je zbiru potencijalne i kinetičke energije. Kako je
brzina kretanja voda u porama tla veoma mala kinetička energija se može zanemariti pa
je ukupna energija jednaka potencijalnoj. Ekvivalent potencijalnoj energiji je visinski
potencijal vode koje se diže u kapilarima tla kroz koje se kreće voda

Dakle, voda ima značajan uticaj na stabilnost raznih građevina izgrađenih u tlu ili od tla.
Promene pornih pritisaka izazivaju promenu efektivnih napona u tlu, a posledica toga je
promena čvrstoće i stabilnosti. Metodama hidrauličnog poboljšanja obuhvata se
snižavanje NPV, preusmeravanje toka vode ili smanjenje vlažnosti materijala. U
krupnozrnim materijalima snižavanje NPV postiže se gravitacionom drenažom uz
korišćenje drenažnih jama, kanala i bunara. U sitnozrnim tlima gravitaciona drenaža je
prespora i neefikasna, pa se kombinuje snižavanje NPV sa prethodnom konsolidacijom
uzrokovanom opterećenjem ili elektroosmozom. U novije vreme dreniranje se provodi i
upotrebom geotekstila i drugih geosintetika. Kontrola podzemnih voda je jedan od
najčešćih i najkomplikovanijih problema sa kojima se susrećemo na gradilištu.

346/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Skoro svi duboki iskopi povezani su sa uklanjanjem podzemnih voda, radi postavljanja
temelja objekata ili podzemnih građevina.
U mnogim projektima odvodnjavanje zone temeljenja ima ključnu ulogu u određivanju
ukupnog vremena potrebnog za završetak radova.

Da bi se radovi pri izgradnju izvodili u suvom, odnosno dovoljno oceđenom materijalu,
projektna rešenja kojima nivo podzemne vode ostaje pod kontrolom moraju biti usvojena
zaključno sa idejnim projektom.

Obaveza projektanta je da: izračuna opterećenje kojim vodom zasićeno tlo deluje na
temeljnu konstrukciju, naznači vreme obavezne depresijacije i (za velike površine
osnova) specificira razlike u permeabilnosti zona iskopa.

Sva tla su vodopropusna, jer se voda može stvoriti kroz prostor međusobno povezanih
pora između čvrstih čestica. Količina, raspored vode u tlu i raspored pritisaka u vodi imaju
veoma mnogo veliki uticaj na svojstva tla i na njegovo ponašanje u uslovima delovanja
sopstvene težine i drugih opterećenja. Veliki broj praktičnih problema pri građenju u tlu
ili pri korišćenju tla kao materijal za građenje, ne potiče samo od zrnaste prirode već i od
prisustva vode u porama tla.

Voda može zauzeti prostor svih pora u elementu tla, kada je malo zasićeno vodom.Ako
nisu sve pore ispunjene vodom, tlo je delimično zasićeno ili nezasićeno. Presek
horizontalnog terena sa nivoom podzemne vode (NPV) prikazan je na slici 467. Ispod
nivoa podzemnih voda sve pore su ispunjene vodom, ali voda može postojati i iznad ovog
nivoa, bilo da se infiltrira usled pojave padavina, bilo da se penje usled kapilarnih sila, sl.468.

Sl.467. Profil terena sa rasporedom vlažnosti i pornih pritisaka
Prema tome, profil tla u kojem postoji nivo podzemne vode, može se podeliti na zonu
zasićenja ispod nivoa podzemnih voda i na kapilarnu zonu iznad nivoa podzemnih voda.
U sitnozrnom tlu kapilarne zone mogu biti značajne visine dok je u krupnozrnim pescima i
krupnim materijalima visina kapilarnog penjanja najčešće zanemarljiva (npr.za šljunak hc<5cm).
Sl.468:- Kapilarne sile i raspodela pornih pritisaka
a b c
Ts cosα ∙Ob = γw∙Vw (kN)
Ts - površinski napon koji ima jedinicu, kN/m
Ob - dužina obima kontaktne površine
Vw - zapremina vodenog stuba
γw - zapreminska težina vode
Sila u verikalnom pravcu:
Ts cosα ∙dπ -γw∙hc∙
&#3627408517;
&#3627409360;
??????
&#3627409362;
=&#3627409358; (kN)
d - prečnik kapilarne cevi
Visina kapilanog penjanja:
hc=
&#3627409362;∙&#3627408507;&#3627408532;&#3627408516;&#3627408528;&#3627408532; &#3627409206;
&#3627408517;∙&#3627409208;&#3627408536;
(m)
Porni pritisak:
uw = - γw∙hc
(kN/m
2
)

347/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.469:- Dejstva površinske i podzemne vode na saobraćajnicu
1.5.1. Vidovi podzemnih voda

Podzemne vode u litosferi pojavljuju se u raznim vidovima u zavisnosti od agregatnog
stanja i interakcije sa tlom i stenama.

U tlu je moguća pojava podzemnih voda u sva tri agregatna stanja:
- u vidu vodene pare;
- u vidu tečne vode, i
- u vidu leda.
U odnosu na čvrstu mineralnu česticu, podzemne vode mogu biti:
- slobodne;
- kapilarne;
- fizički vezane, i
- hemijski vezane.
- fosilne (mrtve) u litosferi

Sl.470:- Prikaz vezane i slobodne vode u tlu

Slobodne vode imaju značajan uticaj na stabilnost raznih građevina izgrađenih u tlu.

Slobodne vode
Slobodne vode su nastale infiltracijom površinskih voda u zemljinu unutrašnjost i
kondenzacijom vodene pare koja je dospela iz atmosfere u pore tla, u zoni aeracije. Pored
kiša, slobodne vode u tlu u najvećim količinama nastaju topljenjem snega, infiltracijom
voda iz rečnih tokova, itd.

Gravitacione (slobodne) vode kreću se u unutrašnjosti tla kroz pore i prsline, pod
dejstvom gravitacije i hidrostatičkih sila. Elektromolekularne sile na slobodne vode ne
deluju. Slobodne podzemne vode egzistiraju u porama i pukotinama prečnika 0,5 mm.
Dakle, one postoje i kreću se u propusnim sredinama tla i stena, čiji je koeficijent filtracije
veći od k=1x10
-7
m
1
/s. Mase tla čija je propusnost veća od k=1x10
-5
m
1
/sec, što se odnosi
na peskove, peskovite šljunkove i šljunkove, predstavljaju vodonosne sredine.
Tabela 43 - tip (vrsta) tla i njegova propusnost, k (cm/sec)
Tlo
Soil
Koeficijent propusnosti
Permeability Coefficient,
k (cm/sec)
Relativna propusnost
Relative Permeability
Grubi šljunak
Coarse gravel
Prelazi /Exceeds 10
-1

Visoka/High
Pesak, čist
Sand, clean
10
-1
to 10
-3

Srednja/Medium
Pesak, prljav
Sand, dirty
10
-3
to 10
-5

Niska/Low
Mulj/Silt
10
-5
to 10
-7

Vrlo niska/Very low
Glina/Clay
Less than 10
-7

Nepropusna/Impervious

348/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Količina slobodnih voda u tlu je najveća u odnosu na druge vidove podzemnih voda.
Smatra se da slobodne vode u litosferi ima 95% od svih vidova podzemnih voda. Skoro
svi negativni agensi i fenomeni koji napadaju građevinski objekat, nastali su od slobodne
podzemne vode. To znači da sile: hidrostatičkog i hidrodinamičkog pritiska, sile uzgona
i pornih pritisaka, kao i fenomeni nastali u tlu prisustvom podzemne vode, kao što su
bubrenje, skupljanje, mržnjenje, sufozija, itd., nastali su uglavnom dejstvom ili
prisustvom slobodne vode. Zato je njeno uklanjanje, dreniranjem terena, veoma značajno
po stabilnost građevinskog objekta i terena na kojem je objekat postavljen.

Slobodnih voda u unutrašnjosti zemlje najviše ima u peskovitim ili šljunkovitim
sedimentima, zatim u pukotinama i prslinama čvrstih stena, a ima ih i u prašinastim
materijalima pomešanim sa glinama u manjem procentu, čiji je koeficijent filtracije manji
od k=1x10
-6
m
1
/s. Ona može biti lutajuća, ili akumulirana u vidu podzemnih jezera.

Stenske mase - tla koje propuštaju i sprovode podzemnu vodu, nazivaju se hidrološkim
kolektorima, a stenske mase - tla koje ne propuštaju podzemnu vodu, nazivaju se
hidrološkim izolatorima. U hidrološke kolektore spadaju peskovita i šljunkovita tla,
zatim porozni peščari i krečnjaci. Koeficijent fiitracije (k) kod hidroloških kolektora
iznosi od 10
-1
do 10
-3
m/sec. Hidrogeolške izolatore čine tla i stene od glina, glinovitih
prašina, zatim jedre magmatske, sedimentne i metamorfne stene koje imaju malu
poroznost n < 4%, a koeficijent filtracije K manji od 10
-7
m/s.

Jedna od važnih karakteristika slobodnih podzemnih voda je njeno mehaničko i hemijsko
rastvaračko dejstvo na tla Zemljine kore kroz koje prolazi.

Slobodne vode mogu se odstraniti iz tla pod temperaturom od 100°C.

Dakle, vidovi pojave podzemne vode su:

1. Slobodna voda - Čini 95% od svih vidova podzemnih voda.
Sile hidrostatičkog i hidrodinamičkog pritiska, sile uzgona i pornih pritisaka, kao i
fenomeni nastali u tlu prisustvom podzemne vode, kao što su bubrenje, skupljanje,
mržnjenje, sufozija, likvefakcija, itd., nastali su uglavnom dejstvom ili prisustvom
slobodne vode.
2. Kapilarna voda
Vlaga se iz tla prenosi na temelje objekta i voda se, kapilarima temelja, opet može
podizati do zidova gradjevine. Na taj način može se ugroziti stabilnost i funkcija
objekta
3. Fizički vezana voda
Apsorbovana voda smanjuje fizičke i otporne karakteristike tla jer ima efekat podmaza,
odstranjuje se sušenjem na temperaturi od 300°C
4. Hemijski vezana voda
Nisu opasne po građevinske objekte, izuzev ukoliko ne poseduju minerale koji
negativno utiču na materijal od koga su sačinjeni temelji
5. Fosilne (mrtve) vode u litosferi
Nalaze se zarobljene u donjim delovima litosfere. Može se zaključiti da one nemaju
uticaja na građevinske objekte, pa nisu predmet razmatranja.

U Zemljinoj kori podzemne vode mogu se naći u tečnom stanju dubokom do 14 km.
Podzemne vode su važne za vodosnabdevanje stanovništva. Posednjih godina podzemne
vode postaju sve zagađenije.

349/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dreniranjem terena otklanjaju se, odnosno kontrolisano odvode, samo slobodne,
gravitacione vode, dok drugi vidovi voda ostaju u tlu, sem kapilarnih, koje zavise od
slobodnih voda. Spuštanjem nivoa podzemnih voda ili njihovim odstranjivanjem, nivo
dospeća kapilarnih voda opada, ili se potpuno eliminiše. Poznato je da kapilarno kretanje
vode ne zavisi od gravitacije i da se ono vrši podjednako u svim pravcima, zavisno od
orijentacije pora u tlu. Kapilarne vode, koje se kreću od površine terena ka unutrašnjosti
Zemlje, takođe se ne mogu odstraniti dreniranjem terena.

SI.471:- Karta nivoa podzemnih voda Beograda

Površinsko odvodnjavanje je snižavanje NPV pomoću kanala i drenažnih jama, sl. 472.
To je najjednostavniji i najjeftiniji način dreniranja. Primenjiv je u plićim iskopima
izgrađeni u dobro graduisanim tlima i stenama, i u slučaju da se ispod propusnog tla nalazi
sloj nepropusnog materijala. Kod podgrađenih iskopa treba voditi računa da ne dođe do
pojave hidrauličnog loma tla.

Sl.472:- Snižavanje NPV pomoću kanala
Osim tradicionalno prihvaćenih metoda dreniranja, za kontrolu uticaja vode koriste se i
drugi inženjerski zahvati kao npr. dijafragme, zagatne stene, geomembrane.

Reč drenaža potiče od engleske reči drainage koja u engleskom i francuskom govornom
području uopšteno znači odvodnjavanje - isušivanje, odvođenje, oticanje. Prema
nemačkim inženjerskim normama, DIN 1185 i DIN 4047, drenaža je definisana kao
regulisanje vodnog režima tla, odnosno vode u tlu radi boljeg upravljanja njome, a
primenom cevne drenaže i meliorativnih fizičkih zahvata ispod obradivog horizonta tla.

350/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
To je problematika koja je vezana za široku primenu drenaže: u niskogradnji i
visokogradnji, u putogradnji, pejzažnoj arhitekturi (parkovi, vrtovi, sportski tereni,
slobodne rekreacione površine, aerodromi, deponiji otpada).

Kao i uvek do sada, i danas se još više poziva na odgovornost da se pre svake upotrebe
drenaže, odnosno dreniranja tala, a i šire, jasno dijagnostikuju i utvrde osnovni uzroci i
posledice povećanog ovlaživanja šireg melioracionog područja, odnosno samog tla, da bi
se potom mogli primeniti i odgovarajući drenažni sistemi i/ili metode u regulisanju
nepovoljnog vodnog režima.

Izgradnja, korišćenje i upravljanje drenažnim sistemima treba biti pre svega zasnovana
na relevantnim pokazateljima, odnosno na poznatim stručnim i naučnim načelima i
saznanjima, u rešavanju ove vrlo osetljive i složene problematike.

Sl.473:- Voda u tlu - NPV
Šta je uklanjanje vode?
Odvodnjavanje površina je isušivanje, prikupljanje i odstranjivanje svih vrsta voda sa
prostora predviđenog za eksploataciju ili građenje infrastrukturnih objekata. Cilj
odvodnjavanja je da snizi nivo podzemnih voda, kao i da se odstrane gravitacione
(površinske) vode koje bi mogle da ugroze normalan rad.
- Odvodnjavanje znači "odvajanje vode iz tla", ili "potpuno uklanjanje vode iz određenog
građevinskog problema".
- To dovodi do koncepata kao što su preddrenaža tla, kontrola podzemnih voda, pa čak i
poboljšanje fizičkih svojstava tla.

Šta se postiže uklanjanjem vode?
- kontroliše podzemnu vodu, pa čak i poboljšanje fizičkih svojstava tla,
- objekti postaju stabilniji
- prekid curenja i
- postiže ciljeve hidroizolacije
- bezbednost na radnom mestu
- smanjenje troškova.

Sl.474:- Voda u tlu - u objektu bez drenaže i sa drenažom

351/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Razvoj odvodnjavanja:
- Ljudski napori na kontroli vode postoje još od davnina zabeleženi u istoriji.
- Prvi praktični sistem za uklanjanje vode iz tla u SAD-u korišćen je u Hackensack-u,
NJ 1925.
Posledice nepravilnog odvodnjavanja - isušivanja:
- sistemi podrške (podgrade) za iskopavanje postaju nestabilni
- nastaje sleganje
- izgubljeno vreme
- smanjena bezbednost na radnom mestu
- povećani troškovi sanacije.

Dreniranje se primenjuje u cilju odvođenja slobodnih podzemnih voda iz terena. U tu
svrhu izrađuju se različiti drenažni objekti: rovovi, potkopi, bušotine, okna, bunari, igla-
filteri. Dreniranjem se poboljšavaju mehanička svojstva stenske mase, menjaju pravci
strujanja i smanjuju filtracioni i porni pritisci podzemne vode, čime se može u znatnoj
meri povećati stepen stabilnosti prirodne konstrukcije. Dreniranje se primenjuje kao
mera privremenog ili trajnog poboljšanja svojstava terena.

1.5.2.Osnovni princip odvodnjavanja
Izbor specifične metode postupanja sa visokom podzemnom vodom zavisi od parametara
kao što su veličina i dubina jame, projekat budućeg objekta, trenutnih geoloških i
hidroloških uslova, itd. Međutim, svaka tehnologija smanjenja vode koristi se sa jednim
ciljem: snižavanje nivoa podzemnih voda na takvu dubinu, na kojoj neće ugrožavati
bezbednost ili sprečiti građevinske radove.

Odvodnjavanje i izgradnja odvodnjavanja su pojmovi koji se koriste za opis delovanja
uklanjanja podzemne ili površinske vode sa gradilišta. Obično se postupak odvodnjavanja
vrši pumpanjem ili isparavanjem i obično se vrši pre iskopavanja podloge ili do donjeg
vodenog sloja koji može dovesti do problema tokom iskopavanja. Odvodnjavanje se
takođe može odnositi na proces uklanjanja vode iz tla vlažnom klasifikacijom.

Sl. 475:- Snižavanje nivoa podzemnih voda - linije depresije
Odvodnjavanja može biti:
 površinsko (odvodnjavanje otvorenim kanlima) ,
 podzemno (cevna i bezcevna drenaža) i
 kombinovano odvodnjavanje.

352/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 476:- Jedna od podela odvodnjavanja

Površinsko odvodnjavanje (odvodnjavanje otvorenim kanlima)

Sistem otvorenih kanala čini mrežu međusobno povezanih vodotoka (kanala), gde voda
iz manjih kanala utiče u veće i na taj način odvodi suvišnu vodu iz melioracionog područja
u neki RECIPIJENT (prijemnik).

Zadatak svih kanala - rovova je:
- odvoditi oborinske (i sve druge vode koje dospevaju u melioraciono područje) u
recipijent.
- Do 70-tih godina izgradnja kanala - prati se konfiguracija terena,
- Iza 70-tih godina kopaju se paralelni kanali - mašine - površine pravilnih oblika.

Način za sprečavanje dolaska suvišne vode na meliorativno područje, kao i način
odvođenja vode zavise od porekla te vode i mnogih drugih okolnosti. Ako voda iz
vodotoka plavi meliorativno područje, čiji oblik i položaj sprečavaju kasnije oticanje
vode, zemljište postaje močvarno. Ovo se može sprečiti regulacijom vodotoka ili
izgradnjom odbrambenih nasipa.

U slučaju da višak vode na nekom zemljištu nastaje doticanjem sa okolnih, viših predela,
potrebno je vodu odvesti u neki recipijent (reku ili kanal) obodnim kanalom.

Dreniranje je postupak poboljšanja svojstava terena koji se ostvaruje tako što se
kontrolisano odvodi podzemna voda. Odovođenje vode vrši se drenažnim
objektima. Najčešće se primenjuju sledeće vrste drenažnih objekata:
• drenažni rovovi - kanali (zatvoreni ili otvoreni, zavisno od dubine do koje treba izvršiti
dreniranje);
• drenažne bušotine ili bunari (različite orijentacije, prečnika i dr.);
• drenažni tepisi ili zastori (horizontalni, vertikalni, kosi); obično su na kontaktu objekta
sa terenom, ili na mestima izbijanja podzemnih voda na površinu terena;
• drenažne trake.

353/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl. 477:- Površinsko odvodnjavanje - mreža i vrsta kanala

Sl. 478:- Površinsko odvodnjavanje - realna mreža, okolina Beograda

Sl. 479:- Površinsko odvodnjavanje - šema jedne crpne stanice

354/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Podzemno odvodnjavanje (drenaža) - snižavanje nivoa podzemnih voda

Prilikom izgradnje objekata koji zahtevaju velike količine iskopa, često se javlja
mogućnost poplave gradilišta podzemnom vodom. Izvođenje radova postaje nemoguće
ako donji deo gradilišta leži ispod nivoa - kote podzemne vode, usled stalnog izlivanja.
Smanjenje - redukcija podzemne vode vrši se na različite načine, izbor zavisi od
specifičnih geoloških uslova na lokaciji. Prilikom odabira tehnologije smanjenja vode
uzimaju se u obzir brojni faktori:
- uslovi pojave podzemne vode,
- karakteristike tla,
- debljina vodonosnog sloja,
- zapremina dreniranog tla,
- koeficijent filtracije tla,
- metode izvođenja građevinskih radova,
- trajanje postupka smanjenja nivoa vode i
- tehnološki parametri tehničke opreme.

Za odvodnjavanje podzemnih voda i infiltriranih voda izrađuje se zatvoreni sistem za
odvodnjavanje. Odvodni sistem je sistem cevovoda koji se razdvaja kroz celu površinu
prema drenažnim bunarima. Ova tehnologija efikasno rešava problem ravnoteže vode u
tlu. Primenjuje se na tlima ovlaženim suvišnim podzemnim vodama.

Šta se postiže podzemnim odvodnjavajem?
- sniženje nivoa podzemne vode na tolerantnu dubinu
- brže proceđivanje dela površinskih ili stagnirajućih podzemnih voda
- oceđivanje dela vezane vode u tlima teškog mehaničkog sastava
- poboljšanje vodnih, fizičkih i proizvodnih osobina tla
- stvaranje povoljnih uslova za mikrobiološku aktivnost.

Zadaci podzemnog odvodnjavanja:
Uklanjanje suvišnih voda u gornjim slojevima tla ispod površine tla čime se postiže
sniženje nivoa podzemne vode a sve sa ciljem poboljšanja vodnog režima tla, stabilizacije
i poboljšanja geomehaničkih karateristila tla.

Prednosti u odnosu na površinsko odvodnjavanje otvorenim kanalima (cevi su
ukopane u tlo):
- nema gubitaka proizvodnih površina
- nema ometanja transpotra i obrade
- nema skupog održavanja

Za odvod podzemnih voda sa gradilišta tokom trajanja radova koriste se bunari za
redukciju vode - hidraulične konstrukcije za skupljanje i ispumpavanje viška vlage iz tla.
Tehnologija redukcije vode sastoji se u bušenju bunara, takozvanih „igla“ u koje se zatim
spuštaju filteri i pomoću potopnih pumpi ispumpava se podzemna voda. Krajnji cilj
ispumpavanja je stvaranje takozvanog depresionog levka - dela tla na kome nivo
podzemne vode padne ispod najniže tačke iskopa, sl. 472, 474 i 478.

Nakon nekog vremena, tlo na gradilištu se isušuje do nivoa koji omogućava izvođenje
planiranih radova. Voda koja se pumpa iz bunara ispušta se izvan gradilišta. Za
održavanje formiranog depresionog levka potrebno je stalno crpiti vodu tokom celog
perioda izgradnje.

355/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Primena drenaža je vrlo česta. Razlog je u činjenici da se njima postižu
značajna poboljšanja svojstava terena, jednostavno se izvode i relativno su jeftine.
Drenaže se najčešće ugrađuju u prethodno iskopane rovove, u horizontalne drenažne
bušotine, iza potpornih zidova i dr. Otežavajuća okolnost pri formiranju subhorizontalnih
drenova je upravo njihov prostorni položaj. Kada bi isti bili vertikalni to ne bi bio
ozbiljniji problem. Za formiranje subhorizontalnih drenova neophodno je primeniti
specijalne tehničko-tehnološke postupke koji se odnose kako na metod utiskivanja
zaštitnih kolona, formiranja drena u tim kolonama, kao i postupak vađenja zaštitnih
kolona, a da se pri tome dren sačuva neoštećen.

Sl. 480:- Snižavanje nivoa podzemnih voda “igla” filterima i linije depresije

Raspored drenažnih cevi

RASPORED DRENAŽNIH CEVI
PARALELAN
Na ravnom terenu usisni kanali izlivaju se u
otvoreni kanal

RIBLJA KOST (JELKA)
Prihvatni kanali polažu se u depresiju a usisni
kanali u prihvatne kanale ulaze pod uglom

PARCIJALNI POJEDINAČNI DRENOVI
(RANDOM SISTEM)
Polažu se u depresije unutar delova (vlažnih površina)

Sl. 481:- Odvodnjavanje podzemnih voda - cevna i bezcevna drenaža
Depresiona linija
Igla filteri
Pumpe

356/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Metode i mogućnosti primene

Svi, baš svi, građevinki objekti (geotehnički, hidrotehnički, saobraćajni…) zahtevaju
postojanje i izgradnju slojeva, zona i površina koje će osigurati oticanje i proticanje vode
i sprečiti iznošenje čestica iz određenog dela građevine. Time će se sprečiti i nastanak
prekomernog porasta pornog pritiska koji može izazvati pad čvrstoće i nestabilnost dela
ili čitave građevine, taj zadatak obavljaju filteri.

Osobine temeljnog tla i nasipnog materiala su od odlučujućeg značaja prilikom planiranja
radova za sve svrhe primene. Kod filterskih i drenažnih geosintetika veoma su bitne
hidraulične osobine (k, dmax, d60, d10, i) dok su kod armaturnih geosintetika i geosintetika
za odvajanje važne osobine čvrstoće u nedreniranom i dreniranom stanju (cu,c',φ′,CBR,
Ev2), a kod svih svrha primene važne su osobine koje utiču na uslove preživljavanja
geosintetika tokom ugradnje i u vreme korišćenja (granulometrijski sastav, plastičnost,
oblik i hrapavost zrna, pH čvrstoća, u posebnim uslovima i hemijski sastav porne vode).

Tabela 44 - Pregled glavnih parametara geološkog okruženja koji utiču na izbor geosintetika.
Filtracija
Geotekstili se
široko koriste za
filtriranje u
putarskim
radovima i
železničkim
konstrukcijama,
kao i za zaštitu
obale.
Geotekstili široko se koriste za filtriranje u putarskim radovima i železničkim
konstrukcijama, kao i za zaštitu obale.
U EN ISO standardima, funkcija filtracije je definisana kao "zaustavljanje tla ili drugih
čestica podvrgnutih hidrodinamičkim silama, dok istovremeno omogućava prolaz fluida
u ili preko geotekstila".
Karakteristična veličina otvora geotekstila je projektovana tako da zadrži čestice, a
omogućava slobodno kretanje vode, što omogućava razdvajanje dva sloja tokom
intenzivne hidraulične aktivnosti. Time se izbegava migracija slojeva, čime bi se smanjila
nosivost konstrukcije, a istovremeno se održava protok vode uz minimalni gubitak
pritiska. Zatezna čvrstoća, otpornost na probijanje i elongacijska svojstva geotekstila
moraju biti dovoljni ne samo da zadovolje zahteve filtratora, već i da se odupru oštećenju
tokom ugradnje.
Dreniranje
Geotekstili se
široko koriste za
odvodnjavanje u
zemljanim i
građevinskim
radovima.
Geotekstili se široko koriste za odvodnjavanje u zemljišnim i građevinskim radovima.
U EN ISO standardima, odvodna funkcija je definisana kao "prikupljanje i transport
padavina, podzemnih voda i/ili drugih fluida u ravni geotekstila".
Hidraulična svojstva su presudna za ukupne performanse cele konstrukcije, pri čemu je
najvažniji kapacitet protoka vode u ravni geotekstila.
Hidraulična svojstva gotekstila su projektovana za odvod viška vode iz konstrukcije - ne
prolaskom kroz geotekstil kao kada se koriste za filtraciju, već prolaskom u ravan
geotekstila koji ga vodi dalje od konstrukcije. Upotreba drenažnog geotekstila osigurava
kontinuirano odvođenje fluida uz minimalni gubitak pritiska.

Filteri u građevinama smanjuju porne pritiske i delovanje vode na konstrukciju. Tipične
građevine u kojima su filteri neophodni su: brane, nasipi, potporne konstrukcije, nasipi
saobraćajnica, odlagališta otpada, zaštite obala i slično. Za potporni zid, važno je
smanjiti pritiske vode na zid, za saobraćajnice - odvodnjavanjem smanjuje se opasnost od
srmzavanja i smanjenja nosivosti kolovozne konstrukcije, za ubrzanje konsolidacije u tlu
ispod nasipa, gde se vertikalnim prefabrikovanim drenovima ubrzava sleganje temeljnog
tla nasipa itd.
Od geosintetika, sposobnost filtriranja imaju geotekstili i neki geokompoziti (u kojima se
nalaze geotekstili). Učinak filtracije netkanog tekstila uključuje prolaz vode kroz sam
materijal (normalno na njegovu površinu - vodopropusnost) i zadržavanje čestica tla na
strani od koje dolazi voda prema tekstilu. On je bitan kod uređaja za podzemno
odvodnjavanje - drenažu građevina.
Oba navedena zaheva, tj. vodopropusnost i zadržavanje čestica tla traže se istovremeno,
što znači da struktura netkanog tekstila mora biti dovoljno "otvorena" da bi kroz njega
mogla prolaziti voda, a dovoljno gusta da se zadrže sitne čestice tla. Pri tome očekuje se
da sistem deluje dugo, tj. da ne dođe do začepljenosti pora u tekstilu tokom očekivanog
veka trajanja građevine.

357/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.482:- Geotekstil-vodopropusnost i zadržavanje čestica tla - prikaz geotekstila - moguća blokada
otvora geotekstila većim i manjim zrnima.
Mehanizam filtriranja
Delovanje uređaja za odvodnjavanje (podzemnu drenažu) zasniva se na filtraciji. Uređaji
za odvodnjavanje radili su se na klasičan način od zrnastih materijala određenih
granulacija. U novije vreme za te svrhe vrlo uspešno upotrebljavaju se geotekstili. Kako
je već rečeno, filter mora imati sposobnost da zadrži čestice tla koje bi voda mogla ispirati
iz tla, a ujedno mora dozvoliti prolaz vode.

Sl.483:- Načini prolaska čestica kroz geotekstil -
neke čestice ostaju na površini geotekstila, neke se
zaustavljaju unutar geotekstila, a neke prolaze kroz
geotekstil

Ova dva zahteva, ako ih se shvati previše doslovno,
zapravo su protivrečni. Naime, sve čestice tla mogla bi zadržati jedino membrana koja
nema nikakvu propusnost, ali u tom slučaju kroz nju ne bi mogla prolaziti voda. Ako bi
se, pak, tražilo da voda sasvim neometano prolazi kroz filter, on bi morao imati vrlo velike
otvore koji ne bi mogli zadržati čestice tla. Zato, svojstva filtera moraju biti takva da bude
ostvaren kompromis između ta dva zahteva - filter sme samo neznatno ometati proticanje
vode, a mora sprečiti razaranje strukture tla što bi moglo nastati zbog erozivnog delovanja
vode. Shodno tome, dobar filter mora imati otvore koji su i dovoljno veliki i dovoljno
mali. Otvori moraju biti dovoljno veliki da omoguće gotovo slobodan prolaz vode (što
može dovesti do gubitka određene količine najsitnijih čestica iz tla), ali i dovoljno mali
da se kostur čestica tla, koji tlu daje strukturnu stabilnost, ne poremeti. Filtracija uz
primenu geotekstila može se definisati: to je ravnoteža sistema geotekstil - tlo, pri kojoj
je omogućen slobodan protok vode poprečno na ravan geotekstila, bez gubitka čestica tla,
tokom neograničenog vremena. Zato filtri moraju zadovoljavati zahtev vodopropusnosti,
zahtev zadržavanja čestica, tla i zahtev dugotrajnog delovanja. Ispravno projektovani i
izrađeni sistemi filtera sa geotekstilima mogu dobro odgovoriti tim zahtevima.

Metode sniženja nivoa podzemne vode najviše zavise od vrste tla.
U nestruktuiranim tlima osnovni zadatak inženjera je:
• da obezbedi dovoljan kapacitet drenažnog sistema, i
• da predvidi raspored elemenata tog sistema tako da radijus dejstva bude
dovoljan da obuhvati čitavo područje koje treba zaštititi.
Globalni prikaz metoda i mogućnosti primene u nestruktuiranim tlima kao što su
peskovita i šljunkovita, osnovni zadatak je obezbediti dovoljan kapacitet drenažnog
sistema i predvideti raspored elemenata ovog sistema takav da radijus dejstva bude
dovoljan da obuhvati čitavo branjeno područje.

358/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kod tla kod kojih je efektivni prečnik zrna D10 manji od 0.05 mm, dotok u drenažni sistem
je veoma mali i može se meriti u litrima u minuti. Radijus dejstva elemenata ovog sistema
je mali. Gravitacione metode nisu efikasne za odvođenje vode iz zone radova, pa se
najčešće projektuju drenaže zasnovane na vakumnim sistemima sa kojima se voda pod
podpritiskom evakuiše iz okolnog tla.

Ovi sistemi imaju i druge povoljne efekte u odnosu na gravitacione sisteme.
Izbor metode zavisno od granulometrijskog sastava tla.

Uticaj tipa tla na izbor metode

Nekoherentna tla - voda se lako oceđuje u zoni radova. Ocedni rovovi imaju dno na
dubini većoj od dubine iskopa, pa oceđena voda mora da se prepumpava u neki kanal.

Brza filtracija vode kroz tlo čini da se gube sitne čestice, pa lako dolazi do sleganja
(ispiranje tla).

Sl.484:- Primer crpljenja iz široke građevinske jame u slabopropusnom tlu

Koherentna tla - u njima je brzina filtracije manja. Da bi se skratilo vreme depresijacije
vode mora se povećati gustina mesta na kojima se vrši crpljenje.

Sl.485:- Primer crpljenja iz široke građevinske jame u jako propusnom tlu.

Projektovanje drenažnih objekata zahteva precizno poznavanje prirodnog režima izdani
u terenu, kako bi se moglo realno predvideti učinak dreniranja, odnosno da bi mogao da
se primeni najpovoljniji tip drenaže i tehnički detalji svakog elementa pojedinačno i
sistema dreniranja u celini. Izvođenjem drenaža treba da se postigne optimalno dejstvo,
bez negativnih posledica na teren i objekte u zoni uticaja drenažnog sistema. To znači da
se pri izradi drenaža moraju poštovati određeni kriterijumi, pravila.

Za prašinasto peskovite sedimente "filterska pravila" su sledeća - osnovni Tercagijev
kriterijum zadržavanja je:
- (d15) filtera ≤ 4 ili 5(d85) stenske mase;
odnosno Tercagijev kriterijum propusnosti zahteva da je zadovoljeno:
- odnosno (d15) filtera ≥ 4 ili 5(d15) stenske mase,
gde je:
- d15 prečnik zrna u tlu ispod kojeg je 15% mase tla (za tlo koje se štiti).

359/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Vidi se da su oba Tercagijeva kriterijuma izražena kroz upotrebu d15 zrnastog filtra. To je
verovatno zato jer je d15 zrnastog materijala (bez obzira da li je to filter ili ne) povezan sa
veličinom svojih pora. Približna relacija ove postavke je:
veličina pore ≈ d15/5
Veličina pore filtera karakterističnog otvora (bilo kojeg filtera) je definisana kao prečnik
najveće čestice koja može proći kroz filter.

Sl.486:-Kriterijumi za osiguranje svojstva zadržavanja (blokiranja) čestica tla,dorađeno,K.W. Pilarczyk

Granulometrijske krive filtera i stenske mase treba da su približno paralelne (drenažni
filterski materijal ima funkciju da spreči sufoziono iznošenje sitnijih čestica iz prirodnog
tla). Kada se dati kriterijumi ne mogu zadovoljiti jednoslojnim filterom, tada se drenaže
rade u više slojeva. Ako je drenaža ugrađena u rovu, oko drenažne cevi, tada je oko cevi
krupnozrniji filterski sloj, a prema prirodnoj stenskoj masi sve sitnozrniji filterski
materijal. Zadnjih godina često se u iskope-rovove ugrađuje geotekstil. Njime se
praktično oblaže iskop. Ostali deo se zapunjava drugim filterskim materijalom (šljunak,
pesak, lomljeni i drobljeni kamen). Geotekstil ima zadatak da spreči unošenje sitnih
čestica u drenažni sloj.

Sl.487:-Primena geotekstila i geokompozita za drenažu
Geotekstili za filtraciju i separaciju u drenažnim
kanalima
U drenažnim sistemima geotekstili se koriste
kako bi se osigurala funkcionalnost sistema
odvoda, sprečavanjem mešanja finoće i još uvek
dozvoljavajući slobodno kretanje vode. U ovom
proračunskom alatu opisan je tip geotekstila koji
se koristi u zavisnosti od uslova upotrebe.

360/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Primer - drenažni rov
Projektovati drenažni rov koristeći odgovarajući
geotekstil koji ima odgovarajuća svojstva za
filtraciju i odvajanje. Tlo je pesak zrnavosti:
U = d60/d10 = 1,2/0,1 = 12 tj. > 5.
- VH50 prema EN ISO 11058:
Min. VH50 = 10∙10
-3
m/s
- veličina otvara O90% prema EN ISO 12956:
veličine otvora: O90% = 63-300 μm.
Kompletan dizajn mora obuhvatiti zahteve u
pogledu otpornosti na oštećenja tokom instalacije i
veka trajanja i svojstva trajnosti

Količina vode koja se može izdrenirati iz elementa tla zavisi od koeficijenta propusnosti.
U tlima sa koeficijentom propusnosti k, tabela 43, k = 0,0001 - 0,01 m/s (šljunkovi,
peskovi) postižu se najbolji efekti dreniranja. Pouzdano poznavanje koeficijenta
propusnosti bitno je za projektovanje drenažnih bunara i izbor pumpe za crpljenje vode.
Poznat je empirijski izraz kojeg je dao Hazen (1892):
k = C∙ &#3627408439;
10
2
, cm/s
gde konstanta C zavisi od koeficijenta jednoličnosti, Cu, tabela 45 (Beyer).
Tabela 45 - Vrednosti konstante C i Cu
Cu = D60/D10 C
1-1,9 110
2-2,9 100
3-4,9 90
5-9,9 80
10-19,9 70
>20 60

Neke iskustvene pretpostavke:
Korišćenjem površinskih pumpi može se voda ispumpavati do maksimalno 8 m dubine.
Razmak između bunara ne bi trebao biti manji od 3 - 4 m za bunare prečnika 150 mm,
odnosno 5 - 6 m za bunare prečnika 350 mm. Ukoliko treba brzo sniziti NPV razmak
između bunara može se smanjiti na puno manje vrednosti (do 0,2 m za šljunkove i 1,5 m
za fine peskove).
Postupak projektovanja bunara provodi se u nekoliko koraka, ovde se neće pisati o
tome.

Izbor metode zavisno od granulometrijskog sastava tla

Uopšte, odvodnjavanje podrazumeva modifikaciju tla preusmeravanjem procednih
voda, spuštanjem nivoa podzemne vode ili u jednostavnom smislu smanjenjem sadržaja
vode u temeljnom tlu. Dostupne su dve vrste tehnika odvodnjavanja: jedna je
gravitacijom bez primene spoljnih sila, druga je prisilna konsolidacija.

Grubozrna tla mogu se odvodnjavati delovanjem gravitacije koja omogućava odvod u
jarke, kanale i bunare. Za odvod ovako nakupljene vode potrebno je crpljenje - pumpanje
u određeni recepijent.

Gravitaciona drenaža nije pogodna za sitnozrna tla, jer je drenaža neefikasna ili vrlo
spora. Ova vrsta procesa odvodnjavanja tla znači prisilnu konsolidaciju; uključuje
predopterećenje ili elektroosmozu.

361/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl. 488:- Dijagram izbora hidraulične metode u zavisnosti od granulometrijskog sastava tla

Izbor tradicionalnih tehnika odvodnjavanja kao kontrola podzemnih voda u velikoj meri zavisi
od raspodele veličine zrna odgovarajućeg tla, što je ilustrovano na prethodnoj slici, sl.488.

Metode odvodnjavanja - dreniranja - isušivanja

Dakle, tehnike odvodnjavanja za krupnozrna tla nisu iste kao za finozrna tla.
Pored tradicionalnih tehnika odvodnjavanja gravitacijom ili predopterećenjem/elektro
osmozom, u geološkom inženjerstvu uspostavljeni su i drugi procesi za kontrolu
podzemnih voda koji uključuju:
• Primenu komprimovanog vazduha za izgradnju tunela i kesona,
• Različiti sistemi poput:
 zagata i talpe (žmurja)
 dijafragme
 geomembrane…
Ove tehnike ili metode ne mogu se izvoditi same i zahtevaju istovremeno odvodnjavanje.
Konvencionalne metode odvodnjavanja uključuju uglavnom metode gravitacionog
protoka koje uključuju otvorene jarkove i kanale, gravitacione bunare, uključujući
bušotine, sisteme vršnih tačaka itd. i vakuumske bušotine za odvodnju.

Sl.489:- Komponente sistema tačakastih (igla) bunara .

362/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U zavisnosti od pretpostavljenog ali očekivanog dejstva podzemne vode treba utvrditi do
koje dubine se postavlja zaštita i da li je ona:

1. Privremena - zaštita traje u toku iskopa i izgradnje podzemnog dela građevine, nakon
izgradnje zaštita se uklanja;
2.Trajna - zaštita se postavlja tako da postaje nosivi deo konstrukcije budućeg objekta,
neka vrsta „zida objekta”.
Izbor načina zaštite od dejstva podzemne vode zavisi od:
• poznavanja tehnologije i podataka o objektu,
• klimatskog okruženja u vreme izgradnje,
• geomehaničkih i hidroloskih karakteristika terena,
• metode izgradnje,
• finansijskih sredstava namenjenih za izradu zaštitnih objekata...

Sl.490:- Privremeni i stalni sistemi za odvodnjavanje
1.5.3. Sistemi odvodnjavanja

→ Drenažne jame i drenažni rovovi - otvoreni jarkovi

Najjeftiniji i najčešći način odvodnjavanja su otvoreni jarkovi (kanali) i jame (šahtovi -
okna) u kojima se voda sakuplja i uklanja se pumpanjem ili ako je moguće gravitacionim
oticanjem.
Ova metoda je pogodna ili dobro funkcioniše:
- u plitkim iskopima.
- u dobro graduisanom, gustom tlu ili u steni i
- u propusnim tlima na nepropusnim slojevima.

Sl.491:- Drenažne jame i kanali.

Drenažne jame i drenažni rovovi, kako je rečeno, predstavljaju najjednostavniji metod u
fazi gradnje, jer zahteva minimalna ulaganja i ne podrazumeva nikakvo odlaganje radova,
ali je efikasna i bezbedna primena ove metode ograničena.
Privremeni
Temporary

Stalni

363/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Drenažni rovovi se postavljaju na dubinu oko 0,5 m u odnosu na kotu dna iskopa i sa
minimalnim padom.
Prikupljena podzemna voda dovodi se do drenažne jame čija je dubina oko 1 m.

→ Drenažni šahtovi koriste se u sredinama gde gravitaciono oticanje vode nije mogude
zbog konfiguracije terena, pa se podzemne vode skupljaju u šahtu. Nakon što se
podzemna voda u šahtu nakupi do određene visine, potapajuća pumpa je ispumpa u
kanalizacioni vod. Na pumpi je montiran nepovratni ventil koji ne dozvoljava vraćanje
podzemne vode nazad u šaht, niti bilo kakav uticaj podzemnih voda na rad pumpe.

Pažnja: može doći do hidrauličnog lom tla!

Sl.492:- Drenažni šaht

→ Igla (iglo) - filteri (Wellpoints) su plitki bunari, prečnika manjeg od 15 cm (5-10 cm),
koji se postavljaju na dubinu do 4 m. Igla filteri efikasni su u tlima od grubog peska,
šljunka, mulja i gline, imaju vrlo širok spektar primene. Zbog rada na principu usisavanja
imaju primenu ograničenu na dubine do 6 m.

Linija ili prsten plitkih bunara malog prečnika (zvani tačkasti bunari ili “Igla” filteri)
postavljeni su na bliskim razmacima (osovinski od 1 do 3 m) oko iskopa.

Uobičajeno se koristi za odvodnju kanalizacionih rovova.
• Može biti vrlo fleksibilna i efikasna metoda odvodnjavanja u pesku ili pesku i šljunku
• Vučna snaga (visina dizanja) ograničena na 5 ili 6 m ispod nivoa pumpe zbog
ograničenja usisnog dizanja - kidanja vodenog stuba.
• Pojedinačne tačkaste - igla bunare treba pažljivo prilagoditi „iskopavanju“.

Sl.493:- Igla (iglo) - filteri (Wellpoints)
→ Duboki bunari (Deepwells) - vertikalna drenaža

Bunari su iskopi ili bušotine izrađene u zemlji kopanjem, pobijanjem ili bušenjem da bi
se pristupilo podzemnim vodama odnosno izdanima. Bunari se međusobno razlikuju po
dubini, karakteru nivoa vode (arteški sa nivoom vode pod pritiskom i obični sa nivoom
vode ispod površine terena) i kvalitetu vode (bunari termalne, mineralne ili pitke vode). Prirodni NPV
(Natural GWL)
Ka pumpi
(To Pump)
Tačkasti bunari –„IGLA“ filter bunari
(WELL POINTS)
Depresiona linija
(Depressed Water Table)

364/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Pored pristupanju podzemnim vodama radi dobijanja pitke vode, bunari služe i za odvod
podzemnih voda sa terena - gradilišta tokom trajanja radova za redukciju vode (dreniranje
tla) - hidraulične konstrukcije za skupljanje i ispumpavanje viška vlage iz tla.
Primenjuju se kada postoji moćan vodonosni sloj, koji se nalazi ispod kote dna iskopa i u
kome je nivo podzemne vode iznad kote dna iskopa. Duboki bunari su po investicijama i
eksploatacionim troškovima najskuplji od razmatranih rešenja. Zbog toga je i pitanje
broja, rasporeda i dubine bunara veoma važno. Preporuka je da se prvi bunar iskoristi kao
opitni i da se na njemu uradi test probnog crpljenja.
Duboki bunari (Deepwells) su bušotine prečnika vedeć od 15 cm, bušene na širokom
razmaku (između 10 i 60 m između bušotina) kako bi stvorile prsten oko spoljne strane
iskopa, bušene do dubine vće od 4,5 m.

Bunari su najefikasniji u tlu koje se sastoji od debljih slojeva peska ili mešavine peska i
šljunka, ispucale stene, jer na velikim dubinama može da privuče vodu iz velikog
prostora.
• U svaku bušotinu ugrađena je električna potopna pumpa. Crpljenje je ograničeno samo
dubinom bunara i slojevitošću tla.
Ako je potrebno odvodnjavanje podzemne vode na veliku dubinu (npr. više od 10 metara),
mogu se koristiti duboki bunari i duboke bunarske pumpe. Duboke bušotine su rupe
relativno velikog prečnika (npr. 60 cm) koje se buše u tlu, gde je u rupu za bušenje
ugrađeno perforirano zaštitno kućište, a na dnu bušotine postavljena podvodna pumpa za
duboke bunare. Grubi materijal za filtriranje postavlja se između kućišta i zida izbušene
rupe kako bi se perforirana cev zaštitila od začepljenja. Duboki bunari obično se nalaze
oko spoljnih ivica iskopa.
Voda iz bunara može se crpeti različitim konstrukcijama pumpi na ručni ili električni
pogon.
→ Gravitacioni i vakum bunari

Crpenjem iz bunara (ili drugih "tačkastih" crpnih centara), formira se strujanje, koje
se može u prostoru posmatrati kao osnosimetrično, ili kao radijalno, posmatrano u
ravni. Ovakvo strujanje, iako se u prirodi relativno retko sreće, od velike je važnosti za
hidrogeološku praksu, posebno metodiku hidrogeoloških istraživanja, gde crpenje i
nalivanje bunara zauzimaju zapaženo mesto.

Bunarima ili ispumpavanjem vode iz drenažne bušotine snižava se NPV u njenoj okolini.
Obično se linija slobodne površine vode - depresiona linija “S” spušta najmanje 0,5 m
ispod kote iskopa u šljunjkovima i krupnim peskovima odnosno više od 0,7m u sitnim
peskovima. Upotreba gravitacionih bunara prikazana je na slici 494.

Sl.494:- Strujanje vode prema bunaru sa slobodnim nivoom i bunaru pod pritiskom

365/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Opšti princip svih metoda redukcije vode je stvaranje levka za depresiju. Uz konstantno
pumpanje, voda u sloju tla gradi neku vrstu levka. Na mestu gde se voda smanjuje,
akupunkturni filteri prave središte depresije. Razlika između potrebnog nivoa vode i
donje tačke depresije u obliku levka naziva se depresiona linija, sl. 480, 481,495.

Sl. 495:- Principijelna šema crpljenja - pad nivoa podzemne vode (depresiona linija) u
otvorenim površinama i igla filterima

366/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Detaljnije…..

 Sistemi i metode odvodnjavanja

Izdvojili smo četiri najčešće korišćene metode: ispumpavanje iz kanala (jarkova, rovova,
jama, šahtova), tačkastih bunara - igla filteri, dubokih bunara i ejektorskih
(edukatorski) bunara. Ove se tehnike mogu koristiti pojedinačno ili u kombinaciji,
zavisno od prirode tla i podzemnih voda.

→ Drenažne jame i rovovi - otvoreni jarkovi i šahtovi - linijski sistemi depresiranja
→ Igla (iglo) - filteri (Wellpoints)
→ Duboki bunari (Deepwells)
→ Ejektorski (eduktorski) bunari
→ Kombinovane drenaže

1.5.3.1. Linijski sistemi depresiranja

U linijske drenažne forme spadaju:
1.Otvoreni kanali - pad dna otvorenih kanala (gradijent) mora biti takav da tečnost ne
erodira kanal, ali i da u njemu ne ostavlja talog,
2. Drenažni rovovi - punjeni drenažnim materijalom sa i bez drenažne cevi,
3. Vodoravne bušotine na većim dubinama - izvode se zrakasto i
4. Podzemne galerije - za odvodnjavanje oko podzemnih građevina.

Dakle, u vodoravne drenaže spadaju otvoreni drenažni kanali, drenažni rovovi punjeni
drenažnim materijalom sa i bez drenažne cevi, podzemne galerije - štolne, za odvodnju
oko podzemnih građevina i vodoravne bušotine. Katkada se vodoravne bušotine, na
većim dubinama, izvode zrakasto iz bunara (reni-bunari).
Drenažni rovovi za potrebe vodoravne drenaže, mogu biti dubine do 6 m, a najviše do 8
m. Veće dubine rovova se ne preporučuju, a u praksi su obično manje od 6 m. Plići
drenažni kanali mogu se izvoditi kao otvoreni. Iskopi za drenažne rovove mogu se
izvoditi sa kosinama, ako nisu previše duboki i ako ima dovoljno slobodnog prostora.
Ako su većih dubina izvode se kao rovovi sa podgradom.

Sl.496:- Nivo podzenme vode: a - odvodnjavanje otvorenim kanalima,
b - odvodnjavanje drenažnim cevima
Kada nije moguće zaštitit kosinu od erozije usled proceđivanja, a ima dovoljno prostora,
drenaža se može izvoditi izvan prostora građevinske jame. Položaj drenažnih rovova
zavisi od hidrogeoloških uslova na gradilištu. Vodoravne drenaže izvode se za manja
sniženja nivoa podzemne vode koja se nalazi u sloju tla u kojem se nalazi i građevinska
jama tj. kada se drenira podzemna voda sa slobodnim vodnim licem.

367/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.497:- Odvodnjavanje građevinske jame - detalji zaštite kosine pri otklanjanju
procedne vode - horizontalna drenaža

Kada se podzemna voda crpi iz same građevinske jame, potrebno je, sabirne jarke i
drenove, padovima prilagoditi tako da se voda prikuplja na mestima iz kojih se crpi. Dno
jame treba izvoditi u padu, tako da ima pad prema sabirnim kanalima. U nekim se
slučajevima izvode provizorne sabirne jame koje se povremeno premeštaju, tako da ne
smetaju radovima u jami.

Crpljenje vode može se izvoditi stalno ili povremeno zavisno od količine dotoka, veličine
jame, vrste temeljnog tla i osjetljivosti radova na pojavu vode na dnu jame.

Snižavanje NPV u kosinama koje su izgrađene u glinama može se ostvariti izgradnjom
drena u nožici i vertikalnih drenažnih useka (slika 498).

Sl.498:- Dreniranje kosine.

368/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ova metoda dobro deluje za većinu uslova tla i stena (može se primeniti na dobro
granuliranm grubim tlima ili u pukotinama).

Korišćenjem ovih sistema (tehnika) odvodnjavanja postoji opasnost od urušavanja
bokova jer „podzemna voda teče prema iskopu sa visokog nivoa i strmim nagibom “. U
sitnozrnim tlima, poput mulja i sitnog peska, takođe postoji rizik od nestabilnosti što
može rezultirati pomeranjem tla i sleganjem. Prilikom izvođenja ovih radova treba biti
vrlo oprezni.

1.5.3.2. Tačkasti sistemi depresiranja vode bunarima

Kada se nivo podzemne vode ne može dovoljno sniziti rovovima kao drenaže se
primenjuju bunari. Njihovim pravilnim razmeštanjem i neprekidnim crpljenjem vode
mogu se postići značajna sniženja nivoa podzemne vode.
Sl.499:- Igla filteri - cevni bunari; položaj u osnovi i preseku u dve visine

Sistemi bunara koriste se za snižavanje nivoa podzemne vode kako bi se osigurali stabilni
uslovi rada. Sastoje se od niza bunara malog ili velikog prečnika koji su priključnim
cevima povezani sa pumpom za bušotinu.

Tačkasto depresiranje vrši se vertikalnim drenažama ili dubokim bušotinama Kada se
iskop vrši u šljunkovitom ili šljunkovito-peskovitom tlu najjeftiniji način zaštite od
uticaja podzemne vode su bušotine iz kojih se voda crpi pumpama.

Za projektovanje ovakvog drenažnog sistema nisu dovoljni podaci koji se dobijaju iz
geotehničkih istražnih radova, pa je preporuka da se prvi bunar iskoristi kao opitni i da se
na njemu uradi test probnog crpljenja.

Projektom se pre svega definiše: dubina, minimalan broj, raspored i kapacitet bunara,
periodi rada pojedinačnih bunara zavisno od predviđenih faza izgradnje objekta i
sračunato sniženje. Projektom je potrebno definisati i filterski zasip kako ne bi došlo do
sufozije (ispiranja sitnijih čestica) prilikom eksploatacije bunara.

Na izlasku iz bunara, na potisnom delu cevovoda, potrebno je postaviti manometar (za
merenje pritiska u cevovodu) i zatvarač za regulaciju.

„Precrpljivanje bunara“ podrazumeva crpljenje većih količina vode iz bunara nego što je
to predviđeno (neracionalno povećanje brzine dreniranja u cilju skraćenja procesa
spuštanja novoa podzemne vode) čime se povećava opasnost od sufozije. Osim toga
dolazi i do previše učestalog uključivanja i isključivanja bunarske pumpe, što nepovoljno
utiče na njen eksploatacioni vek.

369/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.500:- Uređaji - pumpe za crpljenje vode iz drenažnih objekata

1.5.3.3. Kombinovane drenaže

Kombinovano odvodnjavanje primenjuje se kada je potrebno zahvatiti površinski i
duboki vodonosni sloj. Mogu se kombinovati drenažni kanali i bunari, drenažni rovovi i
bunari, bunari i cevni bunari kao i sve tri grupe zajedno

Kod značajnih sniženja nivoa podzemne vode i značajnih dotoka zbog veće propusnosti
tla, nije moguće odvodnjavanje rešiti jednim nizom bunara. Često se tada u upotrebi javlja
kombinacija sa cevnim bunarima.

Ovi sistemi prihvatljivi su kada se vodonosni sloj nalazi ispod relativno slabo propusnog
sloja, koji je moguće odvodniti drenažnim rovovima, dok se vodonosni sloj, koji može
imati i subarteški ili čak arteški pritisak, odvodnjava pomoću sistema koji zavisi od
složenosti i veličini osnove gradilišta.

Sl.501:-Kombinovano snižavanje nivoa podzemne vode: bunarima, cevnim (igla)
bunarima i otvorenim drenažnim kanalima (jarakovima)

Ovakvi sistemi zavisni su od stabilnog napajanja energijom, zbog čega je gradilištu
potrebno osigurati ili priključak na lokalnu električnu mrežu ili napajanje osigurati
agregatom.
Potrebno je osigurati i dovoljan broj rezervnih pumpi i pojedinačnih igla filtera da bi se
pravovremeno mogle izvrsiti zamene, popravke.

Spuštanje linije slobodne površine vode - NPV (depresiona kriva) može se obaviti i u
nekoliko faza kako je prikazano na slikama 499,501 i 504.

Ejektor
Duboki bunar-potopljena pumpa
Igla filter

370/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.5.4. Vrste bunara

Sistemi bunara koriste se za snižavanje nivoa podzemne vode kako bi se osigurali stabilni
uslovi rada. Ova metoda odlikuje se jednostavnom instalacijom, relativno je jeftina i
fleksibilna, praktična i efikasna u većini tla i hidroloških uslova. Sastoje se od niza bunara
malog ili velikog prečnika koji se buše oko građevinskog područja i sa priključnim
cevima povezani su sa pumpom. Pumpa stvara vakuum u odvodnoj cevi izvlačeći vodu
iz tla.
U zavisnosti od nivoa podzemnih voda, potrebne dubine dreniranja, geolških i
geomehaničkih karakteristika radne sredine, primenjuju se razne vrste bunarskih sistema
ili njihove kombinacije. Osnovna podela je:
→ Igla (iglo) - filteri (Wellpoints)
→ Duboki bunari (Deepwells)
→ Ejektorski (eduktorski) bunari
→ Kombinovane drenaže
1.5.4.1. Igla (iglo) - filteri (Wellpoints)

Zašto koristiti sisteme igla bunare (Wellpoint)?
Igla filteri su plitki bunari, prečnika manjeg od 15 cm (5-10 cm), koji se postavljaju na
dubinu do 4 m. Igla filteri efikasni su u tlima od grubog peska, šljunka, mulja i gline,
imaju vrlo širok spektar primene. Zbog rada na principu usisavanja imaju primenu
ograničenu na dubine do 6 m.
Igla filteri su posebno konstruisani, redno bušeni, „cevni bunari“, ugrađuju se u tlu u
blizini bokova rova, jame...
Sistemi Igla (iglo) filtera (bunara) pružaju svestranu metodu kontrole podzemne vode u
širokom rasponu vrstea tla i geometrije iskopa. Tipičan raspored sistema bunara koji
ističe glavne komponente prikazan je na sl.503 i 504. Karakteristike sistema igla bunara su:
Prednosti:
- fleksibilnost - ista oprema može se koristiti oko manjih i većih iskopa,
- brza ugradnja u mnogim uslovima tla ,
- mali razmak (od 1,5 m do 2 m tipično) pospešuje efikasno odvodnjavanje slojevitih
tla, tabela 45.
Ograničenja:
- usisna visina od 5 do 6 m u pesku i šljunku, ali može biti ograničena na 3,5 m do 4,5 m
u sitnozrnim tlima.
- glavni odvod može prouzrokovati ograničenje pristupa na lokaciji.

Razmak igla bunara
Za određeni projekat broj potrebnih igla bunara i njihov razmak zavisi od nekoliko
faktora:
- propusnosti tla i očekivanog protoka proceđivanja
- slojevitosti tla i rizik od prekomernog odvođenja vode
- geometrije iskopa i dužine obima
- potrebnog pada nivoa podzemnih voda - željene dubine građenja.
Sistemi igla bunara (Wellpoint) posebno su pogodni za odvodnjavanje za plitke temelje i
iskope, pa se često koriste za radove na „linijskim“ objektima (rovovi cevovoda, kanali
duž saobraćajnica,...). Sistem bunara može se brzo instalisati u većini terenskih uslova i
jednostavan je za održavanje.

371/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 45 - Tipičan razmak igla filera (bunara) (Typical wellpoint spacing)
Propustljivost
(Permeability)
Ujednačeni uslovi tla
(Uniform soil conditions)
Slojevito tlo ili od prekomernog rizika
(Stratified soil or overbleed risk)
Visoka (High) (>10
-3
m/s)
1.0 - 1.5 m 1.0 - 1.5 m
Srednja (Medium) (10
-3
- 10
-5
m/s)
1.5 - 3.0 m 1.0 - 2.0 m
Niska (Low) (10
-5
m/s)
1.5 - 2.0 m 1.0 - 2.0 m

Ako razmak igla bušotina mora biti manji od 1.0 m, odvod vode iz bunara neće biti
najpogodnija tehnika za radove. U određenim primenama prinosi mogu se povećati
korišćenjem igla bunara većeg prečnika ili instalisanjem dva ili više igla bunara u jednu
bušotinu. Alternativne opcije mogu biti crpljenje u odvod (kanal), usisni bunari velikog
kapaciteta ili fizičko isključenje podzemne vode sa prekidima.

U slučaju primene igla filtera u najsitnijem pesku (zrna do 0,05 mm) ili peskovitoj glini
(mešani slojevi sitnog peska i gline) primenjuje se vakum postupak crpljenja iz igla filtera
pomoću posebnih vakum pumpi, sl. 502.

Tačkasti bunari - igla filteri (welpoints) obično se postavljaju duž ili oko iskopa. Visina
do koje se voda na ovaj način može crpeti - povući vakuumom je približno 6 metara. Za
funkcionisanje na većim dubinama, tačkasti bunari (igla filteri) mogu se postavljati u
fazama kako se iskop produbljava - nastavlja u nekoliko faza, sl.504.

Povezani su posebnim pumpama koje imaju i usisni i potiskujudi način rada.
Prvo, u igla filtere pumpaju vodu pod pritiskom 3-30 bara; time se olakšava prodor „igle“
u tlo usled ispiranja materijala oko vrha filtera. Zatim, kada se iglafilteri postave na
traženu dubinu, crpe proceđenu vodu iz dna filtera.
Zbog toga su igla filteri na vrhu kojim prodiru u tlo opremljeni posebno oblikovanim
sklopom („bravom“) koji se otvara kod utiskivanja, a zatvara kod usisavanja vode. Ovo
ograničava funkciju filtera na ulaz vode kroz omotač, sl.502.

Sl.502:- Igla filter - opremljeni posebno oblikovanim sklopom („bravom“)

Igla filteri se postavljaju, u zavisnosti od vrste peskovitog ili šljunkovitog tla, redno na
razmaku od 1 do 4 m. Učinak ispumpavanja je 5 do 30 m
3
/sat po jednom igla filteru.

Vertikalni drenovi (iglo filteri) postavljaju se i vade brzo i lako a imaju relativno veliku
moć isisavanja vode iz tla. Efikasni su u materijalima kao što su pesak, šljunak i njihove
mešavine.

Postavljanje igla filtera u meko tlo odvija se pod dejstvom koncentrisanog mlaza vode
(engl. jetting). Voda se pod pritiskom oko 8 bara, kroz fleksibilnu cev, dovede u zonu
vrha igla filtera gde mlaz razbija veze čestica tla i stvara gustu suspenziju koja pored
omotača iglafiltera izlazi ka površini terena.
Na opisani način mlazom vode u tlu stvara se bušotina nepravilne konture kroz čiji se
porozni omotač proceđuje voda.

372/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Pod dejstvom pumpe u sistemu stvori se podpritisak koji usmerava kretanje vode ka
rupicama u oblozi (cedeljki) igla filtera.
Sl. 503:- Komponente sistema igla filtera (Wellpoint)
Niz drenova povezuje se jednom cevi većeg prečnika, a na mestima priključivanja cevi
se postavljaju zatvarači koji služe za regulisanje protoka vode.
Kada je potrebno duboko iskopavanje i uklanjanje manje količine podzemne vode,
odvodnjavanje se može izvesti izgradnjom igla bunara u nekoliko faza u tlu gde je
propusnost između umerene (npr. pesak) do velike (npr. šljunak) kako je prikazano na
slikama 504 i 505.
Sl. 504:-. Spuštanje NPV u nekoliko faza igla bunarima

373/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sniženje nivoa podzemnih voda igla
filterima za potrebe izgradnje male sale
temeljne jame dimenzija
30 x 60 m, dubine H = 11 m, sa
snižavanjem nivoa podzemne vode za
7,5 m; tri nivoa igla filtera u okviru
kompleksa "Beogradska arena" u
Novom Beogradu.

Zrenjanin: sniženje nivoa podzemnih
voda igla filterima - 4 sistema

Sniženje nivoa podzemnih voda igla
filterima za potrebe izgradnje objekta
"Delta City" u bloku 67 u Novom
Beogradu

Sl. 505:- Sniženje nivoa podzemnih voda igla filterima u realnom stanju

Metode odvodnjavanja pomoću igla filtera

Postoje različite metode za smanjenje nivoa podzemnih voda pomoću igla filtera.
- Ako građevinski radovi zahtevaju blagi pad vode, igla filteri i samousisne pumpe su
laki, takva oprema moći će smanjiti nivo podzemnih voda na dubinu od 4,5 do 8,5 m.
Ako je potrebno provesti postupak odvodnjavanja, do maksimalne dubine koriste se
posebni igla filteri sa višestepenom strukturom.
- Ako se nivo podzemne vode mora smanjiti na dubinu od 18-20 metara, filteri za
ejektorske brizgaljke koriste se sa posebnom pumpom za mlaz vode - ejektorom.
- Centrifugalne pumpe dubokih bušotina koriste se za odvodnjavanje na dubini preko
20 metara.
- Metoda vakuuma zasniva se na upotrebi posebnih ejektora koji stvaraju vakuum na
mestima filtera. Takvi sistemi mogu efikasno smanjiti nivo podzemnih voda u
hidrogeološkim uslovima povećane složenosti.

Izbor specifične metode odvodnjavanja zasniva se na karakteristikama tla, uslovima
njihovog pojavljivanja i debljini vodonosnika. Uz to uzimaju se u obzir potreban
koeficijent filtracije, površina drenirane zone, tehnologija proizvodnje građevinskih ili
rudarskih radova, trajanje pada nivoa vode i karakteristike opreme za spuštanje nivoa
vode.

374/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.5.4.2. Duboki bunari sa potopnim pumpama (Deepwell Dewatering)

Sistemi za duboko odvodnjavanje bunarima imaju tendenciju da se koriste tamo gde
dubina iskopa premašuje maksimalne granice za sistem tačkastih (igla) bunara i kada
treba izvući veliku količinu vode. Idealni su za odvodnjavanje šire od područja
građevinskih radova omogućavajući izvođenje radova u suvim i stabilnim uslovima.
Sistem dubokih bunara takođe se koristi ako je prostor ograničen jer se duboki bunari
mogu nalaziti dalje od građevinskog područja.

Primenjuju se kada postoji moćan vodonosni sloj ispod kote dna iskopa. Duboki bunari
su po potrebnim investicijama i eksploatacionim troškovima najskuplje od razmatranih
rešenja.

Duboki bunari su rupe prečnika većeg od 20 cm ili više i imaju snažnu podvodnu
pumpu. Dubina bušenja je veća od 40 m. Pojedinačni sistem za duboko odvodnjavanje
bunara može pumpati više od 3000 litara vode u minuti. Učinak dubokih bunara zavisi od
propusnosti tla, najefikasniji je u visoko propusno tlo koje se sastoji od debljih slojeva
peska ili mešavine peska i šljunka, gde se podzemna voda puni bržim tempom jer na
velikim dubinama može da privuče vodu iz velikog prostora.

Projekat sistema dubokih bunara složeniji je nego kod sistema igla bunara. To je zato što
se nizovi dubokih bunara oslanjaju na interakciju izvlačenja udaljenih bunara kako bi se
postigao željeni efekat. Ovaj zahtev za „delovanjem na daljinu“ sisteme dubokih bunara
može učiniti osetljivim na lokalne promene u uslovima tla. Dostupnost sveobuhvatnih,
kvalitetnih podataka o ispitivanju lokacije, koji idealno uključuju i ispitivanje pumpanja,
važna je za uspešno projektovanje i specifikaciju sistema dubokih bunara.
Za projektovanje ovakvog drenažnog sistema nisu dovoljni podaci koji se dobijaju iz
geotehničkih istražnih radova, pa je preporuka da se prvi bunar iskoristi kao opitni i da se
na njemu uradi test probnog crpljenja.

Projektom je potrebno definisati i filterski zasip kako, prilikom eksploatacije bunara, ne
bi došlo do sufozije (ispiranja sitnih čestica tla).

Potrebno je definisati:
- dubinu bunara
- minimalan potreban broj bunara
- raspored i kapacitet bunara
- prečnik bunara i fiterski zasip kako bi se izbegla sufozija (ispiranje sitnih čestica)
Na izlasku iz bunara, na potisnom delu cevovoda, potrebno je postaviti manometar (za
merenje pritiska u cevovodu) i zatvarač za regulaciju.

„Precrpljivanje bunara“ (neracionalno povećanje brzine dreniranja u cilju skraćenja
procesa spuštanja novoa podzemne vode) je česta pojava kod njihove eksploatacije i može
imati veoma negativne posledice.

U sistemu dubokih bunara ograničenje usisnog dizanja prevazilazi se postavljanjem
pumpe u bunar. Kada je pumpa instalisana blizu dna bunara, jedino ograničenje
provlačenja u bunaru je snaga i performanse podvodne pumpe. Spoljni pad koji se može
postići jednim bunarom instalisanim u vodonosnoj formaciji uglavnom nije veliki u
odnosu na dubinu bunara. To je zbog velikih gubitaka koji nastaju usled koncentrišućeg
efekta radijalnog protoka u blizini bunara. Obično je potrebno instalisati niz od nekoliko

375/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
dubokih bunara, sa pravilnim ili nepravilnim razmacima, u zavisnosti od potrebnog
sniženja nivoa vode, oblika i karakteristika podzemnog prostora koji treba zaštititi.

Tipičan raspored sistema dubokih bunara prikazan je na slici 506.
Sl.506:- Komponente sistema dubokih bunara (Deepwell system components)

Karakteristike sistema dubokih bunara su:
Prednosti:
-Snižavanje nivoa (odvodnjavanje) ograničeno je samo dubinom bunara i slojevitošću tla
- Smanjenje pritiska može se obezbediti u dubokim slojevima
- Bunari se mogu postaviti dalje od radnih područja (na primer, na vrhu tepa)
- Bunari se obično postavljaju na relativno širokom razmaku što smanjuje ograničenja
pristupa površini
Ograničenja:
- Relativno visoki troškovi ugradnje po bunaru znače da treba optimizirati broj bunara
- Za projektovanje potrebne su sveobuhvatne, kvalitetne informacije o ispitivanju lokacije
- Fleksibilnost opreme je ograničena jer pojedinačne pumpe pokrivaju ograničen raspon
protoka i ispusne glave
- Pumpe se napajaju električnom energijom, tako da su za pouzdanost potrebna i dežurna
i rezervna napajanja.

Svaka duboka bušotina sastoji se od obloge za bušotinu sa podvodnom pumpom. Obloga
bunara ima perforisani zaslon koji omogućava ulaz u podzemnu vodu.

376/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.5.4.3. Ejektorski (eduktorski) bunari

Ejektorski bunari rade na istom principu kao i sistem tačakastih (igla) bunara, ali
omogućavaju izvlačenje vode iz većih dubina. Sistem za odvodnjavanje ejektorima
sastoji se od niza bunara sa mlaznim pumpama instalisanim na dnu svake bušotine do
dubine od 150 metara.

Određene vrste tla zahtevaju alternativne tehnike kao što je tlo gde je propusnost vrlo
niska ili gde dubina i priroda iskopa isključuju upotrebu tačkastih (igla) bunara i
centrifugalnih pumpi. Jedna od tehnika koja se tada najčešće koristi je sistem izbacivača
visokog pritiska - ejektora. Ovaj sistem radi na principu potiskivanja vode pod visokim
pritiskom kroz bunar i kroz mlaznicu kako bi stvorio efekat poduhvata, što zauzvrat stvara
vakuum dovoljno visokog nivoa da povuče vodu koja okružuje dno bunara i vrati je
navpovršinu.

Sistem ejektora (poznat i kao edukcioni sistem ili sistem izbacivača) je specijalna tehnika
koja se koristi na tla niske propusnosti kao što su vrlo muljeviti pesak, mulj ili
gline. Ejektori se obično koriste na jedan od dva načina - u tlima sa srednjom
propustljivošću, preferirajući dvostepeni sistem igla bunara ili sistem dubokih bunara sa
malom brzinom protoka, ili u tlima sa niskom propusnošću da bi se obezbedila kontrola
pritiska pore vode drenažom pomoću vakuuma. Ejektori obično se koriste za stabilizaciju
bočnih kosina i tla u području iskopa.

Za razliku od sistema za odvod vode iz bunara, on koristi vodu pod visokim pritiskom u
usponskim cevima. Sistem ejektora radi na sledeći način: „Pumpe za izbacivanje
smeštene u nivou tla - na dno svakog bunara, dovode vodu pod visokim pritiskom do
mlaznice ejektora i venturijeve cevi smeštene u dnu bunara. Protok vode kroz mlaznicu
stvara vakuum u bunaru i uvlači podzemnu vodu ”.
Sl.507:- Komponente sistema ejektora - izbacivača (Ejector system components)

Karakteristike ejektorskog sistema su:

Prednosti:
- dubina rada nije ograničena usisnim dizanjem; Ejektori su dostupni sa radnom dubinom
do 150 m, iako je većina sistema koji se koriste za kontrolu podzemne vode ograničena
na radnu dubinu od oko 30 m do 50 m.
- ejektori (izbacivači) će pumpati i vazduh i vodu; to znači da će pri malim protocima,
ako su glava i prstenasti otvor bunara zapečaćeni, izbacivač će stvoriti vakuum u

377/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
bunaru, što može obezbediti drenažu potpomognutu vakuumom u sitnozrnim tlima.
- jednocevni izbacivači mogu se ugraditi u obloge bunara od 50 mm unutrašnjeg prečnika;
ovo dovodi do niže jedinične cene po bunaru, omogućavajući isplativu ugradnju bunara
sa bliskim razmakom ako je potrebno.
Ograničenja:
- kapacitet pojedinačnih ejektora je ograničen,
- ejektori imaju relativno nisku energetsku efikasnost; ovo neće predstavljati problem ako
su ukupni protoci ekstrakcije mali, ali za velike protoke potrošnja energije može biti
prevelika.
- sistemi ejektora ponekad su podložni gubitku performansi zbog biofulinga ili habanja
mlaznica i venturijeve cevi; potrebno je redovno nadgledanje i održavanje kako bi se
utvrdilo bilo kakvo smanjenje performansi.

Eduktorski sistemi su najpovoljniji kod odvodnjavanja dubokih iskopa gde je količina
vode za pumpanje relativno mala zbog male propusnosti vodonosnog sloja.
Poput vakuumskih tačkastih (igla) bunara, ejektorski bunari raspoređeni su u sredini od
0,60 do 3,0 m; međutim, za razliku od vakuumskih tačkastih (igla) bunara, eduktorski
bunari nemaju ograničenja usisavanja.
Postavljanje eduktorskih bunara je slično
vakuumskim igla bunara, ali eduktorski bunari
mogu podići vodu iz dubine i od 7,60 m.

Sl.508:-Razvodnik i pumpa za ejektorski
sistem bunara.

Tipičan raspored sistema ejektora koji identifikuje glavne komponente prikazan je na slici
508 i 509. Telo izbacivača instalisano u dnu svakog bunara sadrži mlaznicu malog
prečnika i venturijevu cev. Dovodni cevovod dovodi vodu iz dovodnih pumpi pod
visokim pritiskom, obično većim od 700 kPa, do mlaznice. Dovodni tok prolazi kroz
mlaznicu velikom brzinom (do 30 m/s), stvarajući pad pritiska i stvarajući vakuum do 9,5
m vode na ejektoru.

Ovaj vakuum izvlači podzemnu vodu (indukovani protok) kroz zaslon bunara do tela
ejektora, gde se spaja sa dovodnom strujom vode u venturijeve cevi i vraća cevovodom
do nivoa tla u povratnoj uzlaznoj cevi. Povratna voda, koja je dovodna voda plus
podzemna voda (indukovani protok), odvodi se u rezervoar koji napaja dovodne pumpe i
vraća u ejektore. Sistemi za izbacivanje imaju dva dovodna voda, dovodni vod koji sadrži
dovod visokog pritiska do svakog bunara i povratni vod za odvođenje recirkulisane vode
nazad u dovodne pumpe.

Dostupne su dve vrste tela izbacivača - dvocevni izbacivači i jednocevni izbacivači.
Dvocevni izbacivač ima odvojene usisne i povratne uspone i obično zahteva oblogu
bunara prečnika približno 100 mm. Dvocevni sistem ima prednost fleksibilnosti
performansi, jer se može prilagoditi širem rasponu veličina mlaznica i venturijevih cevi.
U jednocevnom sistemu dovodna i povratna cev su raspoređene koncentrično.

378/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.509:- Šematski presek ejektora (izbacivača) - jednocevni i dvocevni izbacivači

Dovodni tok se odvodi kroz prstenasti okvir, a povratni tok dovodi do centralne cevi.
Spoljna cev takođe može biti obloga za bunar, pod uslovom da ima dovoljnu ocenu
pritiska. Ovo omogućava ugradnju jednocevnog izbacivačkog tela u oblogu bunara sa
unutrašnjim prečnikom od približno 50 mm.

1.5.4.4. Horizontalno odvodnjavanje - horizontalni sistem bunara

Horizontalno odvodnjavanje omogućava smanjenje nivoa podzemne vode u kratkom
vremenu tako da se radovi mogu izvoditi „na suvo“, bez ikakvih problema.
Horizontalno odvodnjavanje obično se koristi u projektima plitke linearne konfiguracije,
npr. železničke pruge, gasovodi, naftovodi autoputevi, kanali itd., Ili dugim, uskim
iskopima, a obično se izvodi korišćenjem drenažnih vodova prečnika 80 do 100 mm, koji
su postavljeni oko lokacije na dubini do 6 metara, zavisno od lokalnih okolnosti. Rovovi
za odvodne kanale iskopavaju se pomoću mašine za rovove („rovokopača“) sa
montiranim rotacionim lancima za kopanje, koji kopaju rov širine približno 30 - 40 cm i
do željene dubine, do 6 m. Drenažne cevi postavljene su na dnu rova dok se iskopava, a
zatim se zatrpava. Ako vodonosni sloj na dotičnom mestu ima malu propusnost, može se
delimično ili u potpunosti napuniti poroznim materijalima poput krupnog peska, šljunka,
granula gline itd., kako bi se povećao kapacitet odvodnjavanja. Instalisani odvodni
vodovi su zatim povezani na vakuumsku pumpu, što stvara gradijent negativnog pritiska
potreban za prenos vode. Prikupljena podzemna voda prenosi se kroz vakuumsku pumpu,
a odatle do ispusnog voda koji vodi do odgovarajućeg mesta ispustanja - recipijenta.

Drenažna cev sastoji se od posebne perforisane PVC cevi prekrivene najlonskim filmom
koja omogućava infiltraciju vode unutar nje odvodnjavanjem okolnog tla. Istovremeno sa
postupkom iskopa, mašina postavlja PVC cev na dno koje je prekriveno prethodno
iskopanim (uklonjenim) tlom. Nakon završetka aktivnosti pozicioniranja, cev je spojena
na samousisavajuću vakuumsku pumpu koja će spustiti nivo podzemne vode.

Ova metoda jeftinija je od ostalih metoda odvodnjavanja zbog relativno malo potrebne
radne snage za ugradnju. U Europi se gotovo univerzalno koristi horizontalno
odvodnjavanje za cevovodne projekte (gasovodi i naftovodi). U SAD-u i Europi široko
se koristi na gradilištima sa visokim vodostajem gde treba izgraditi temelj ili podrum nove
zgrade, instalisati kanalizaciju i vodne linije. Kod horizontalnog odvodnjavanja, nasuprot
(vertikalnom) dobro usmerenom odvodu, postavlja se vodoravno, neposredno ispod
područja za odvodnjavanje.

379/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.510:- Šema izrade horizontalne drenaže
Ugradnja horizontalnog odvodnjavanja relativno je jednostavna. Rovokopač prvo
ugrađije nezupčanu cev, a zatim perforiranu cev umotanu u sintetičke ili organske
omotače. Dužina odvoda određuje se prečnikom odvoda, uslovima tla i vodostajem.
Uobičajene su dužine odvoda od 50 metara, ali može biti i 80 - 100 metara.

Sl.511:- Podužni i poprečni presek rova horizontalne drenaže
Nakon ugradnje odvodne cevi, na odvod se priključuje pumpa i voda se može ispumpati.
Nakon spuštanja vodostaja predviđena gradnja može započeti.
Po završetku gradnje pumpe se zaustavljaju i vodostaj će ponovo porasti. Uobičajene su
dubine ugradnje do 6 metara. Veće dubine su izvodljive, ali relativno skuplje.

Prednosti u odnosu na odvodnjavanje vertikalnim bunarima
- Troškovi su niži jer je za instalaciju potrebno manje radne snage.
- Savijanjem cevi filtera prema krajevima radnog područja, npr. kada je izgrađen cevovod,
stvara se radno područje koje je potpuno bez prepreka.
- Horizontalnim odvodnjavanjem kompletni sistem gotovo je pod zemljom, tako da se
bageri i druga oprema mogu kretati bez ograničenja po tom području.
- U slojevitim profilima tla rezultat je mnogo bolji jer se radni slojevi probijaju celom
dužinom linije.
- Horizontalni sistem za odvodnjavanje može se koristiti višekratno. Filteri ostaju u
zemlji. Dovoljno je spojiti vakuumsku pumpu na netaknutu slepu cev za ponovnu
upotrebu sistema. Na ovaj način nivo podzemne vode može se ponovo spustiti.
- Budući da ne postoje nadzemne prepreke poput vertikalne odvodnje bunara, teren zgrade
je lako dostupan, a instalacija drenaže ne ometa građevinske aktivnosti.
- Horizontalni sistem za odvodnjavanje može se instalisati vrlo brzo.
- Količina vode koju treba ispumpati je mnogo manja nego kod vertikalnog bunarskog
odvodnjavanja.

1.5.4.5. Kosi bunari

Kosi bunari mogu se koristitiu za prevazilaženje ograničenja postavljenih na sisteme
bunara površinskim pristupom ili podzemnim uslugama (primeri su dati u okviru 2.5).
Odvodni kanal - podužni presek - poprečni presek

380/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Mnogo je situacija kada će lokalni odstupi od optimalnog razmaka bunara za šemu
odvodnjavanja imati relativno mali uticaj na performanse sistema. Ako je to slučaj, možda
će biti moguće koristiti malo dublje vertikalne bunare ili dodatne udaljenije bunare za
prevazilaženje ograničenja pristupa. Međutim, postoje situacije u kojima su ograničenja
značajna ili kada čak i umerena odstupanja od potrebnog razmaka bunara mogu ugroziti
efikasnost šeme kontrole podzemne vode. Tamo gde je pristup ograničen, takvi problemi
će se najverovatnije pojaviti u sledećim situacijama:
- tla male propustljivosti gde je konus NPV strm, a čak i mali protok može prouzrokovati
gubitak tla
- slojevito tlo na kome je prisutna voda koja se nalazi
- plitki vodonosni slojevi gde je potrebno maksimalno odvodnjavanje do nepropusne
slojeve kako bi se minimalizovao prekomerni protok.

Sl.512:- Kosi bunari- studija slučaja primene kosih bunara

Za nagibe do oko 10
o
od vertikale, potrebno je vrlo malo modifikacija uobičajenog
postupka ugradnje bunara. Za veće nagibe u odnosu na vertikalu, treba pažljivo razmotriti
način postavljanja zaslona bunara i bilo kog filtera za pesak ili zaptivača za injektiranje.

1.5.4.6. Gravitacioni i vakuum bunari

U finim pescima i prašinama (k = 10
-4
-10
-6
m/s) crpljenje vode može biti otežano zbog
kapilarnih sila. U tom slučaju gravitacioni tok vode poboljšava se korišćenjem vakum
bunara, sl. 513. Vakum bunari moraju se postaviti vrlo blizu 1 - 2,5 m, sa razmakom
između redova od 15 - 20 m. Bunari mogu biti vertikalno ili koso položeni.

Sadržaj vode izvučene iz bušotine mora da se kontroliše zbog gubljenja sitnijih čestica i
mogućeg sleganja tla. Efikasnost zaštite je funkcija kapaciteta pumpe.

Sl.513:- Gravitacioni i vakuum bunari

381/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.514:- Sistemi za odvodnjavanje uz pomoć vakuuma (usisivanjem) cevni bunari - igla filteri

Količina vode koja se može drenirati iz elementa tla zavisi od koeficijenta propusnosti. U
tlima sa koeficijentom propusnosti k = 0,0001 - 0,01 m/s (šljunak, pesak) postižu se
najbolji efekti dreniranja. Tačno poznavanje koeficijenta propusnosti bitno je za
projektovanje drenažnih bunara i izbor pumpe za crpljenje vode. Poznat je empirijski
izraz kojeg je dao Hazen (1892): k = C∙ &#3627408439;
10
2
, cm/s

Rad grupe bunara ( princip superpozicije):

Ukupno sniženje nivo podzemnih voda u nekoj tački = zbiru depresija usled rada
pojedinih bunara.

382/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Metode pumpanja - područje primene metoda pumpanja (crpljenja)

Sl.515:- Područje primene tehnika i kontrole ispumpavanja podzemnih voda bunarima u tlu, CIRIA
C515 (2000)
Zaključak:
Različita gradilišta imaju različite uslove na lokaciji, pa su prema tome potrebni različiti
sistemi za odvodnjavanje, prema situaciji na gradilištu. Ali uvek je poželjnija ekonomična
i isplativa metoda. Na većini lokacija, preko 1,8 m dubine tokom iskopavanja tla, voda
curi iz rovova. Postaje ozbiljno preko 3,0 m dubine. Zbog toga je iskop dubok 1,8 do 3,0
m, koji pružaju usisne i pumpne jedinice bolja opcija u ekonomskom pogledu. Za dubine
od 3,0 do 8,0 m, najekonomičnija metoda je sistem igla bunara u odnosu na druge metode,
a za veće dubine sistem dubokih i ejektorskih bunara.
Metode pumpanja
Jamske pumpe
Sump pumping
Pumpe za plitke bunare
Shallow well pumps
Tačkasti bunari
(Igla bunari)
Wellpoints
Duboki bunari
Deep wells
Metode izvođenja
Zamrzavanje tla
Ground freezing
Zamrzavanje pokrivke
Sheet freezing
Rov sa bentonitnom smešom odvojen zidom
Slurry trench cut-off walls with bentonite.
Nepropusne barijere tla
Impervious soil barriers
Injektirani preseci
Grountedcut-offs.

383/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6. Zbijanje tla

Poboljšanje tla je osnovni i bitni deo građenja i obuhvata otprilike 30 različitih metoda
obrade tla, uključujući modifikaciju, hemijske promene, ojačanje čelikom ili
geosintetikom, ojačanje drenažom, zgušnjavanje vibracijama ili konsolidacija i upotreba
elektro-osmoze (Phear & Harris 2008). Od njih zbijanje je daleko najrasprostranjenije i
uključuje povećanje gustine tla mehaničkim nanošenjem energije kao što je statičko
zbijanje, spadaju glatki valjci, valjci na pneumaticima-kompaktori i valjci sa ovčijim
nogama - ježevi ili dinamičko zbijanje, gde spadaju vibro valjci, vibro ježevi, vibro
nabijači, vibro ploče, vibroflotacija i dinamičko zbijanje kotrljanjem (Hausmann 1990).

Prednost dinamičkog zbijanja je u tome što omogućava poboljšanje tla na mnogo većoj
dubini (>10 m u odnosu na 0,3 m za statičko zbijanje), i sa dubinom poboljšanja u
zavisnosti od primenjene energije (Mayne i sar.1984). Kada u poređenju sa ostalim
tehnikama poboljšanja tla, dinamičko zbijanje je jedno od najisplativijih (Lukas 1995),
ali je njegova upotreba ograničena velikim vibracijama tla koje izaziva, tako da nije
pogodna za male lokacije ili uz zgrade i druge infrastrukturene objekte.

Zbijanje je jedna od tehnika poboljšanja osobina tla. Zbijanjem se istiskuje vazduh i voda
iz pora tla i povećava se gustina tj. zapreminska težina tla.Time se povećava čvrstoća na
smicanje i nosivost tla a smanjuje njegova stišljivost i vodopropustljivost. Faktori koji
utiču na zbijanje su:
- vrsta materijala koji se zbija,
- vlažnost tla i
- primenjene metode i mašine za zbijanje.
Krupnozrna (nevezana - rahla) tla najefikasnije se zbijaju dejstvom vibracija pri čemu se
manja zrna pomeraju u prostore između većih zrna. Na mogućnost zbijanja krupnozrnog
tla najviše utiče granulometrijski sastav a manje vlažnost. Kod sitnozrnog (vezanog,
koherentnog) tla od najvećeg uticaja na zbijanje je vlažnost materijala. Proktorovim
opitom se u laboratorijskim uslovima ispituje mogućnost zbijanja koherentnog materijala
tj. određuje optimalna vlažnost wopt (sl.520) kojoj odgovara maksimalna jedinična težina
(specifična težina - γ) u suvom stanju.

Glavni ciljevi zbijanja tla su poboljšati inženjerska svojstva postojećeg tla ili olakšati rad
tokom postavljanja ispune - nasipa.

Pokazatelj zbijenosti je tzv. stepen zbijenosti (compaction ratio):
&#3627408453;&#3627408438;=
&#3627409150;
&#3627408465;
&#3627409150;
&#3627408465;&#3627408474;&#3627408462;&#3627408485;
100 (%) ??????&#3627408473;?????? &#3627408454;
&#3627408465;=
&#3627409164;
&#3627408465;
&#3627409164;
&#3627408465;&#3627408474;&#3627408462;&#3627408485;
∙100 (%)
Na terenu je obično dovoljno postići RC = 95% тј. d = 0.95 dmax.

Sl.516:- Trofazni sastav tla - odnos pojedinih komponenti tla pre i posle zbijanja

384/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Pored “klasičnog mehaničkog” zbijanja tla postoji i drugi način zbijanja tla - “smanjenje
količine tla” koju nazivamo konsolidacija.

Šta je konsolidacija?

Konsolidacija je zbijanje tla izbacivanjem vode iz praznina (pora) u tlu. Konsolidacija je
postupak kojim se količina tla smanjuje. Prema Karlu von Terzaghiju, „ konsolidacija je
svaki proces koji uključuje smanjenje sadržaja vode u zasićenom tlu bez zamene vode
vazduhom“. Ovde će se napraviti samo neka komparacija zbijanje - konsolidacija, dok
više reči o konsolidaciji biće u delu 1.7. Predopterećenje + konsolidacija

Tabela-46: Odnos zbijanje - konsolidacija

No. Zbijanje Konsolidacija
1 Zbijanje je brz proces. Konsolidacija je spor proces.
2
Zbijanje je kompresija tla izbacivanjem vazduha iz šupljina
tla.
Konsolidacija je kompresija tla izbacivanjem vode iz šupljina
tla.
3
To je postupak u kojem se mehanički pritisak koristi
za zbijanje mase tla u svrhu poboljšanja tla .
To je postupak u kojem stalni i statički pritisak uzrokuje
kompresiju zasićenog tla.
4
Dinamička opterećenja brzim mehaničkim metodama
poput vibracija, prigušenja i kotrljanja primenjuju se u
malom intervalu zbijanja tla.
Statičko i kontinuirano opterećenje primenjuje se duži interval
konsolidacije tla.
5 Proces zbijanja može se odmah završiti. Konsolidacija je spor i stabilan proces koji zahteva vreme.
6 Zbijanje je trenutni proces smanjenja volumena praznina. Konsolidacija je vremenski zavisan proces smanjenja zapremine.
7 Zbijanje je veštački proces. Konsolidacija je prirodan proces.
8 Zbijanje se može izvršiti pre izgradnje.
To se ne može učiniti pre izgradnje. Postoje neke metode
pomoću kojih se konsolidacija može izvršiti pre izgradnje, ali se
ne može postići 100% konsolidacija.
9
Zbijanje se vrši radi postizanja maksimalne gustine suve
materije uz optimalni sadržaj vlage.
Period opterećenja je dug. Može proći mnogo godina za 100%
konsolidaciju.
10
Svaka vrsta tla, bilo da je kohezivno ili nekohezivno, može
se zbiti.
Do konsolidacije dolazi prirodno zbog strukturnog opterećenja
temelja.
11 Zbijanje tla uglavnom se koristi za peskovito tlo. Konsolidacija tla uglavnom se koristi za glinovito tlo.
12
Zbijanje se namerno vrši radi stvaranja velike jedinične
mase tla i posledično poboljšanju ostalih svojstava tla.
Konsolidacija je prirodni proces gde se tlo ispod zgrade i druge
strukture zbijaju prenesenim opterećenjem na tlo kroz
predviđeni temeljni sistem.
13 U zbijanju sleganje temelja biće smanjeno Za konsolidaciju je odgovorno temeljno sleganje.
14 Tlo treba biti na OMC (optimalni sadržaj vlage) Tlo je zasićeno da se čestice talože.
15 Nosivost tla će se povećati. Takođe, povećaće se nosivost tla
16 Zbijanje - vreme opterećenja je kratko.
Konsolidacija se odnosi samo na kohezivna tla, posebno za slabo
propusnu glinu.
17 Zbijanje je fazni proces.
Konsolidacija je dvostepeni process:
- primarna konsolidacija i
- sekundarna konsolidacija.
18 Zbijanje je primarni proces. Konsolidacija započinje nakon zbijanja.

Zbijanje (sabijanje) tla definisano je kao metoda mehaničkog povećanja gustine tla
smanjenjem zapremine vazduha u tlu.

Zbijanje se primenjuje da bi se fragmenti nevezanih i rastresitih stena bolje složili. Tim
postupkom smanjuje se poroznost stenske mase, povećava kompaktnost, smanjuje
deformabilnost terena, povećava dozvoljeno opterećenje.

Zadatak zbijanja je popravljanje građevinsko-tehničkih svojstava tla smanjenjem
zapremine pora ispunjenih vazduhom, a delimično i vodom. Zbog gušćeg slaganja čestica
tla povećava se smičuća čvrstoća, a smanjuju se stišljivost i vodopropusnost takvog
materijala.

385/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zbijanjem se smanjuje opasnost da se vezana tla natope vodom i nabubre, kao i da im se
znatno povećaju deformacije pod delovanjem opterećenja (pad nosivosti).

Postignuta zbijenost zavisi od uređaja za zbijanje, kao i od samog postupka zbijanja, kao
i od vrste tla, sadržaja vode i deformabilnosti podloge. Ovakva kompleksna zavisnost
traži poznavanje geomehaničkih svojstava, sposobnosti mašina za zbijanje, sa posebnim
osvrtom na njihovo delovanje na rastresanje pri nepravilnoj primeni, poznavanje samih
radnih procesa zbijanja i ispitivanja zbijenosti za kontrolu propisanog kvaliteta.

Sl.517:- Odnos pojedinih komponenti tla pre i posle zbijanja
Ako se zna da različiti materijali ne reaguju jednako na pojedine mašine za zbijanje
razmotriće se faktori koji imaju najveći uticaj na zbijanje, a to su:
- vrsta materijala koji se zbija,
- stanje vlažnosti materijala,
- količina vode u tlu i njegova osetljivost na promene vlažnosti,
- debljina slojeva i zahtevanm stepen zbijenosti materijala,
- primenjene mašine za zbijanje,
- postupci zbijanja,
- deformacija podloge,
- energija utrošena za zbijanje,
- veličina gradilišta i iskustva radnika koji obavljaju ove poslove.

386/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dakle, cilj zbijanja je eliminacija gasne i tečne faze iz strukture materijala, odnosno
smanjenje šupljina između čvrstih čestica na minimum, što se postiže optimalnim
rasporedom čvrstih čestica, uz upotrebu energije. Zbijanjem se smanjuje zapremina,
odnosno povećava gustina (zapreminska masa) i zapreminska težina materijala. U
materijalu tada dominira čvrsta faza.

Faktori uticaja materijala na zbijanje:
a) vrsta materijala (koherentni - sa kohezijom; nekoherentni - bez kohezije)
b) krupnoća materijala (sitnozrni, mešani, krupnozrni)
c) granulometrijski sastav (zastupljenost različitih frakcija: jedno, dvo, tro, višefrakc.)
d) vlažnost materijala (minimalna, prirodna, oprimalna, maksimalna).
- Sa građevinske tačke gledišta, tlo je prirodna mešavina mineralnih zrna, koja se mogu
razdvojiti mehaničkim postupkom.
- Predstavlja necementirani skup granularnog (zrnastog) materijala mineralnog i
organskog porekla.
- Cementne veze između zrna mogu u izvesnoj meri uticati na mehaničko ponašanje mase
tla ali se podrazumeva da su cementne veze između zrna relativno slabe. Ukoliko su
cementne veze znatne čvrstoće, tada se najčešće može govoriti o steni, a ne o tlu.
- Sastoji se od tri faze: čvrste (zrna tla), tečne (voda) i gasovite (vazduh)

Sl. 518:- Sastav tla - pre i nakon zbijanja ili konsolidacije
Kontrola zbijanja tradicionalno se sprovodi nakon zbijanja određenog sloja materijala u
određenom broju slučajno odabranih tačaka. Međutim, danas se sve veća važnost pridaje
kontinuiranoj kontroli zbijanja gde je kontrolni uređaj sastavni deo opreme za zbijanje.

Postoje više metoda i uređaja za kontrolu zbijanja, sl. 519:
• metode koje se sprovode sa površine terena,
• metode koje se sprovode na većim dubinama.
Cilj:
• jeftino i efikasno proveriti uspešnost metode zbijanja tla merenjem:
w, r, SPT, CPT
• merenje projekovaih parametara (čvrstoća, deformabilnost) je ređe jer je skupo, umesto
toga koriste se korelacione veze i procena projektnih parametara na osnovu jednostavnijih
i jeftinijih merenja.
→PLITKO ZBIJANJE
Merenje gustine tla:
•Cilindar sa kalibrisanim peskom
•Balon sa vodom
•Membrana i voda
Nuklearni denzimetar
• vlažnosti (usporenje neutrona, Am 241:Be)
• gustine (absorpcija γ - vazduha, Cs-137)
Opit kružnom pločom
- podaci o krutosti i čvrstoći,

387/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- koeficijent reakcije podloge, ks - nije svojstvo tla, zavisi od oblika, veličine i krutosti ploče,
- modul elastičnosti iz opita kružnom pločom.

→ DUBOKO ZBIJANJE
- SPT
- CPT
Sl. 519:- Šema nekih metoda ispitivanja zbijanja tla
1.6.1. Proktorov (Proctor) opit

Ovaj opit ključan je za određivanje svojstava tla koje će biti ugrađeno u nasutu građevinu,
a zasniva se na određivanju zbijenosti u određenim uslovima. Pre 1920. godine, ugradnja
sitnozrnog tla zasnivala se na iskustvu. Proktor (Proctor,1933.) je utvrdio da zbijenost tla
zavisi od energije zbijanja i vlažnosti tla.

Uočio je da postoji vlažnost koja, za određenu energiju zbijanja, daje najveću moguću
suvu gustinu tla, najveću moguću zbijenost. Tu vlažnost nazvao je „optimalna vlažnost“.
Predložio je uređaj kojim se ispituje uticaj tih dvaju parametara. Kao standardnu energiju
zbijanja u laboratoriji izabrao je onu koja je bila uporediva energiji koju su građevinski
valjci početka dvadesetog veka mogli uneti u tlo. Tako je nastao standardni Proktorov
opit. Kasnijim povećanjem mašina za ugradnju i zbijanje tla na terenu, američko
udruženje za puteve (AASHTO) oko 1950, uvelo je modifikovani Proktorov opit kao
pogodniji za tada modernu tehnologiju ugradnje tla pri izgradnji autoputeva.

Modifikovani Proktorov test razvijen tokom II svetskog rata od strane inženjera američke
vojske pojava teških bombardera zahtevala je otpornije sletne staze.

388/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U tom opitu energija zbijanja povećana je približno 4,5 puta u odnosu na onu iz
standardnog opita. Za ovaj opit nisu potrebni neporemećeni uzorci tla. Pri razmatranju
rezultata Proktorovog opita uočene su dve činjenice:
- povećanjem energije zbijanja opada vrednost optimalne vlažnosti, wopt i
- nekoherentna tla pokazuju sasvim različito ponašanje od koherentnih, njihova
zbijenost mnogo manje zavisi od vlažnosti.
Razlike u načinu izvođenja standardnog i modifikovanog Proktorovog opita prikazane su
u tabeli 47.
Tabela 47 - Upoređenje veličina standardnog i modifikovanog Proktorovog opita.
Opit Broj slojeva Masa bata [kg] Visina pada bata [m]
Broj udaraca
po sloju
Ukupna energija
[kNm/m
3
]
Norma
ispitivanja
Standardni 3 2,49 0,305 25 592,7 ASTM D698
Modifikovani 5 4,45 0,457 25 2.693 ASTM D1557
Svaki materijal ima svoju OPTIMALNU VLAŽNOST, pri kojoj se - zbijanjem dobija
maksimalna zapreminska težina, odnosno gustina materijala.

Sl. 520:- Skica Proctorovog uređaja i odnosi rezultata dobijenih standardnim i modifikovanim
Proktorovim opitom, dorađena i (Prema Coduto 1999)

389/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Optimalna vlažnost je veličina koja se stalno proverava u razastrtom sloju pre zbijanja,
jer ona osigurava postizanje maksimalno moguće zbijenosti za upotrebljenu energiju
zbijanja. Suva gustina stalno se proverava nakon zbijanja, jer ona pokazuje zbijenost
ugrađenog tla. To je mera kvaliteta, koja mora zadovoljiti zahteve iz tehničkih uslova
ugradnje tla u nasip.

Uticaj energije zbijanja na zbijenost tla

Povećanje energije zbijanja, smanjenje sadržaja vlage w
opt i povećanje suve gustine ρ
d max

Zbijanje treba izvesti tek nakon detaljnih ispitivanja osobina materijala koji se zbija, te
nakon određivanja radnih parametara pod kojim se taj postupak obavlja, kao npr.:
- stvarna vlažnost materijala,
- temperatura vazduha,
- debljina sloja za (efikasno) zbijanje.

Sl. 521:- Uticaj energije zbijanja na zbijenost tla - šematski prikaz
Standardni Proctorov opit - u laboratoriji: teg mase M=450 grama pada 75 puta sa visine
H=50 cm na uzorak u kalupu-cilindru, iz čega se računa energija zbijanja:
E = 75*H*M/V, gde je:
V-zapremina zbijenog uzorka (Nm/m
3
),a meri zapreminska težina γ = G/V, i upoređuje sa
optimalnom za taj materijal (stepen zbijenosti).

390/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 522:- Standardni Proktorov opit - u laboratoriji

Sl.523:- Primer proračuna energije zbijanje tla standardnim Proktorovim opitom

391/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.2. Kaliforniji indeks nosivosti (California Bearing Ratio - CBR)

CBR je odnos izražen u procentima sile po jedinici površine potrebne za prodiranje u
masu tla sa standardnim kružnim klipom prečnika 50 mm brzinom od 1,25 mm/min
prema onom potrebnom za odgovarajuće prodiranje u standardni materijal. Odnos se
obično određuje za proboj od 2,5 i 5 mm. Kada je odnos na 5 mm stalno veći od onog na
2,5 mm, koristi se odnos na 5 mm.

Pored Proktorovog opita zbijanja postoje i druge metode odgovarajućeg dinamičkog testa
- Kalifornijski indeks nosivosti (California Bearing Ratio CBR) za kontrolu zbijanja
nevezanih materijala i za daljnji razvoj trenutnih specifikacija krutosti i čvrstoće tla.

U slučaju kohezivnog tla i letećeg pepela, čija propusnost i mehanička svojstva zavise od
sadržaja vlage pri zbijanju, stepena zbijanja (% maksimalnog zbijanja) ne bi trebao biti
jedini parametar procene zbijanja tla. Zato bi se za takve materijale mogao koristiti
Kaliforniji indeks nosivosti (California Bearing Ratio - CBR) kao metoda procene
zbijanja i pokazatelj nosivosti tla.

Kaliforniji indeks nosivosti (CBR) je test penetracije (prodiranja) klipa standardne
površine u uzorak tla za procenu mehaničke čvrstoće. Izmereni pritisak se zatim deli sa
pritiskom potrebnim da se postigne jednak prodor na standardni usitnjeni materijal
stene. Razvio ga je Kalifornijsko odelenje za autoputeve oko 1930. godine, a potom su ga
usvojile brojne države, američke savezne agencije i na međunarodnom nivou.

CBR test razvijen je za merenje nosivosti tla koja se koriste za izgradnju puteva. CBR se
takođe može koristiti za merenje nosivosti ne poboljšanih uzletišta ili za tlo pod
popločanim uzletnim stazama. Što je površina tvrđa, to je CBR ocena viša. CBR od 3
jednak je obrađenom poljoprivrednom zemljištu, CBR od 4,75 odgovara travnjaku ili
vlažnoj glini, dok vlažni pesak može imati CBR od 10. Visoko kvalitetna drobljena stena
ima CBR preko 80. Standardni materijal za ovo ispitivanje je drobljeni kalifornijski
krečnjak koji ima vrednost CBR 100.

Osnovni CBR test uključuje nanošenje opterećenja na mali probojni klip brzinom od 1,3
mm (0,05 ") u minuti i beleženje ukupnog opterećenja na prodorima u rasponu od 0,64
mm (0,025 in.) do 7,62 mm (0,300 in.). Slika ispod je skica tipičnog CBR uzorka.

Sl.524:- Kalifornijski indeks nosivosti CBR: aparat, uzorak u labaratoriji i in situ ispitivanje
Dobijene vrednosti ubacuju se u sledeću jednačinu kako bi se dobila CBR vrednost:

&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;=
&#3627408477;
&#3627408477;
&#3627408480;
∙100,(%)

gde: p
Otpor materijala ili jedinično opterećenje na klipu (pritis ak)
za 2,54 mm (0,1 ") ili 5,08 mm (0,2") prodora - izmereni pritisaktla na lokaciji [N/mm²]
ps
Standardno jedinično opterećenje (pritisak) za dobro razvrstani lomljeni kamen - na
standardno tlo [N/mm²]
za prodor 2,54 mm (0,1 ") = 6,9 MPa (1000 psi)
za prodor od 5,08 mm (0,2 ") = 10,3 MPa (1500 psi)

392/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kriterijumi za ocenu zbijenosti CBR opit:

- Pokazatelj zbijenosti:

- Kriterijumi za ocenu zbijenosti:
p - naponi koji se dobijaju ispitivanjem na odabranim uzorcima - izmereni pritisak tla na lokaciji
[kN/cm
2
]
p
s - standardni naponi (pritisak) za postizanje jednakog prodiranja na standardno normirano tlo
[kN/cm
2
]
Površina standardnog klipa je 3,04 in ² (1,935mm² ), pa se rezultati dele sa 3 ponekad
pretvaraju u kilograme po kvadratnom inču.

Sl.525:- Dijagram za proračun CBR vrednosti
Orijentacione vrednosti CBR-a prema vrstama tla.

Za vrednosti CBR < 3% potrebna je stabilizacija tla.

Sl.526:- Terenski CBR opit

Vrsta tla min CBR [%]
Sitnozrno tlo 5-7
Pesak 8 -12
Šljunak ≥ 15

393/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.2.1. Dinamički CBR test

Druga i mnogo efikasnija metoda za kontrolu zbijanja je dinamička (CBRd). Ova
metodologija provodi se korišćenjem sistema opterećenja koji koristi deflektometar
laganog pada (LFWD), koji se sastoji od padajuće težine za stvaranje impulsa definisane
sile na CBR klipu. Na sve uzorke izložene prodorima primenjena je sila od 2,44
kPa. Zbog brzine istraživačkog izvođenja dinamičkog CBR testa, može se koristiti za
kontrolu zbijanja tokom brze izrade nasipa.

Dinamički CBR test sprovodi se pričvršćivanjem CBR produžetka na deflektometar male
težine, gde se padajući teg koristi za stvaranje definisanog impulsa opterećenja na CBR
klipu. Laboratorijska dinamička vrednost CBR-a (CBRLD) izračunava se primenom
empirijske jednačine povezanih sleganja klipa kao što je prikazano u jednačini:

CBRL D=24,26 ∗ str S 0.59 ( % ) CBRLD=24.26∗pS 0.59 (%)

gde je S amplituda sleganja (u mm) CBR klipa, a p granična amplituda impulsnog
opterećenja (u N/mm
2
).
Vršno pulsno opterećenje je 7070 N, a prečnik klipa je 50 mm (površina poprečnog
preseka - 1963 mm
2
).
Dakle, p je 3,6 N/mm
2
. Zato:

CBRL D = 87.3 S 0.59( % )CBRLD = 87.3 S 0.59(%)

Dinamički CBR test može se izvoditi u laboratoriju i in situ.
Nekoliko faktora može uticati na izmerenu dinamičku vrednost
CBR-a, uključujući padajuću masu, visinu pada, veličinu ploče,
kontaktni napon ploče, tip i mesto pretvarača savijanja, upotrebu
pretvarača opterećenja, brzinu opterećenja i krutost odbojnika.

Sl.527:- Dinamički CBR aparat

In situ testovi:
1. Standardni penetracioni opiti (SPT) u bušotinama
2. Statičko penetraciono sondiranje (CPT) u kombinaciji sa bušotinama
3. Krilna sonda (VST)
4. Presiometar test (PMT)
5. Dilatometar test (DMT)
6. Opit pločom (PLT)

Sl.528:- Uređaji za standardne penetracione opite

Stanje zbijenosti krupnozrnog tla, od kojeg zavise parametri čvrstoće i deformabilnosti,
ispituje se penetracionim opitima SPT i CPT.

1.6.3. Standardni penetracioni opit SPT (Standard PenetrationTest)
- Standardni penetracioni opit izvodi se u bušotini, pri čemu se na niz bušaćih šipki
umesto alata za bušenje učvrsti standardizovana "penetraciona kašika"

394/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Opit se sastoji u brojanju udara maljem od 63,5 kg, koji slobodno pada sa visine od ≈
76 cm i kojim se postiže prodiranje od ≈ 30 cm.
- Obično se broj udara, za koji je međunarodna oznaka N, registruje za napredovanje od
tri sukcesivna prodiranja u intervalima od po15 cm.
- Za prvih 15 cm prodiranja izbrojani udarci mogu biti manji ili veći od proseka zbog
eventualnih poremećaja dna bušotine
- Konačan rezultat N je zbir brojanja u drugom i trećem intervalu pri ukupnom prodiranju
od 30cm.

Sl.529:-Standardni penetracioni opit
Za orijentacionu procenu stanja konsistencije sitnozrnog tla, odnosno, relativnu zbijenost
krupnozrnog tla, prevashodno peska, mogu se koristiti kriterijumi dati u sledećoj tabeli:
Tabela 48 - Kriterijumi za relativnu zbijenost krupnozrnog tla

• Opitom statičke penetracije meri se otpor koji tlo pruža pri utiskivanju konusnog vrha
penetrometra sa uglom od 60
0
i površinom projekcije osnove konusa od 10‐15 cm
2
.
• Merena veličina otpora vrha penetrometra ima dimenziju napona i označava se oznakom
qc, pri čemu brzina utiskivanja iznosi oko 2 cm/s.
• Osim merenja otpora vrha, može da meri i bočno trenje fs po omotaču cevaste šipke na
celoj dubini utiskivanja ili na ograničenom delu cilindra, "rukavu", iznad konusnog vrha.

Sl.530:- Opit statičke penetracije

Korelacija za procenu vrste i stanja tla na osnovu veličina qc i odnosa trenja fs/qc merenih
mehaničkim penetrometrom, Schmertmann (1978), prikazano je na sl.531.

395/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.531:- Korelacija za procenu vrste i stanja tla na osnovu veličina qc i odnosa trenja
fs/qc i relativna zbijenost

Sl.532:- Mobilni konusni penetrometar na vozilu - pokretna stanica.

• Statički penetrometar se može smatrati minijaturnim šipom,
tako da je nezamenljiv pri ispitivanju u peskovima za
određivanje nosivosti šipova i fundiranju većih objekata.
• Opit je veoma koristan i ekonomičan, jer omogućava da se
smanji broj bušotina odgovarajućim rasporedom obe vrste
radova po površini istražnog područja.

Sl.533:- Mobilni konusni penetrometar na vozilu.

1.6.3.1. Dinamički konusni Penetrometar (Dynamic Cone Penetrometer DCP)

Dinamični konusni penetrometar (DCP) je jednostavan i u svetu dobro poznat uređaj za
terensko merenje otpora tla dinamičkom prodiranju konusne glave. Uređaj je relativno
jednostavan jer koristi fizičku zakonitost promene potencijalne energije. Suština je
konstantno dovođenje potencijalne energije dobijene masom padajućeg tega sa
konstantne visine. Standardizovani konus nailazi na različit otpor prilikom prodiranja u
različite podloge kao što su glina, mulj, pesak, sitnozrni kamen, šljunak i drugo.

396/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zahvaljujući tome možemo lako posredno da ocenimo sledeće geotehnične parametre:
• Zbijenost (stepen gustine peskovitih i muljevitih tla)
• Jednoosnu čvrstoću na pritisak
• Ugao smicanja tla
• Eoed modul (modul dinamičke deformacije)
• Kalifornijski indeks nosivosti (CBR)
• Litološki sastav
• Dubinu podzemne vode.
Ovaj uređaj koristi se za brzo merenje strukturnih svojstava postojećih kolovoznih
konstrukcija izrađenih od nevezanih materijala na licu mesta. Kontinuirana merenja
mogu se vršiti do dubine približno 1 m ili, kada se produžna vratila i šipke koriste do
preporučene maksimalne dubine od 2 m. Tamo gde slojevi kolovoza imaju različitu
čvrstoću, granice se mogu identifikovati i odrediti debljina slojeva. Dynamic Cone
Penetrometer (DCP) i California Bearing Ratio (CBR) tako da se rezultati mogu tumačiti
i upoređivati sa CBR specifikacijama.

Dinamički konusni penetrometar (DCP) čini komplet:
- klip težine od 8 kg - visina pada 575 mm,
- 2 probojna vrha sa konusom 60°, prečnika 20 mm,
- pogonska šipka dužine 1 metar i dodatak i
- vertikalna skala.

Sl.534:- Dinamički konusni penetrometar DCP (Dynamic cone penetrometer) - sastavni delovi DCP

Sl.535:- Ručni dinamički konusni
penetrometar

Sl.536:- Podešavanja visine pada tega

DCP

397/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sa dodatkom za DCP za dinamičku ploču i pripadajućem digitalnim instrumentom
pomaka IDB, merenje lako može da izvede jedan rukovalac, dok su kod običnih izvedbi
DCP penetrometara potrebna čak 3 rukovaoca: jedan koji diže teg, drugi koji drži
ravnotežu konstrukcije držača i treći koji vodi zapisnik.

Kombinovana upotreba oba uređaja pružaju mogućnost inženjeru ili terenskom tehnologu
da na terenu samostalno obavi dva ispitivanja:
- proveru zbijenosti površine (merenje modula dinamičke deformacije - Eoed modul uz
pomoć dinamičke ploče sa padajućim tegom) i
- stanje terena do 3 m ispod površine (merenje sa dinamičnim konusnim penetrometrom).

To doprinosi velikoj uštedi troškova potrebnih za izvođenje bušotina ili sondažnih
raspona sa bagerom.

1.6.4. Ispitivanje gustine nuklearnim meračem (nuklearni denzimetar)

Ispitivanje gustine tla nuklearnim meračem brza je metoda za određivanje gustine in situ i
sadržaja vlage u tlu, agregatima i bitumenskim materijalima.

Merač se sastoji od izvora zračenja koji emituje radioaktivne čestice i senzora koji broji
primljene čestice. Izračunavanjem postotka čestica koje se vraćaju u senzor, merač se
može kalibrisati za merenje gustine ispitnog materijala. Ovu uslugu koriste građevinske
kompanije, izvođači i građevinski inženjeri.

Sl. 537:- Nuklearna sonda (Troxler) za određivanje vlažnosti /gustine tla

1.6.5. Opit kružnom pločom

Kako je već rečeno i poznato, generalno, zbijanjem povećava se gustina građevinskog tla
(masa čvrstih čestica u jedinici zapremine) a otpor deformisanju raste, tako da se brojni
metodi za kontrolu zbijenosti tla in situ mogu svrstati u grupe kojima se proverava:
- gustina tla u suvom stanju ili
- deformabilnost tla pri utiskivanju standardnog krutog tela - merenjem otpora pri
zadatoj dubini utiskivanja (iskazanim npr. vrednošću CBR) ili merenjem dubine
utiskivanja pri zadatom opterećenju i određivanjem modula deformacije u skladu sa
primenjenim metodama ispitivanja.

Prema domaćoj tehničkoj regulativi, moduli deformacije određuju se u geomehaničkoj
praksi na osnovu rezultata dve metode opita opterećenja krutom kružnom pločom,
najčešće metodom prema srpskom standardu SRPS U.B1.046/1968 (tzv. švajcarski opit
pločom, modul Ms) i, znatno ređe, metodom prema SRPS U.B1.047/1997 (tzv. nemački
opit pločom, moduli Ev1, Ev2, Ev3). Za obe metode potreban je masivan kontrateret za
opterećivanje ploče do kraja konsolidacionog sleganja tla pa se dobijeni moduli mogu
nazvati statičkim modulima deformacije tla za datu metodu.
Nuklearna sonda (Troxler) za
određivanje nosivosti/krutosti
podloge
Nuklearna sonda (Troxler)
Za određivanje vlažnosti i
zapreminske težine

MERENJE:
• vlažnosti
(usporenje neutrona, Am 241:Be)
• gustine (absorpcija γ-zraka, Cs-137)

398/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Poslednjih godina u domaćoj praksi sve se više primenjuje, još uvek nestandardizovani,
opit opterećenja krutom kružnom pločom sa slobodno padajućim tegom, pod čijim se
udarom automatski meri sleganje ploče, na osnovu čega se dobija odgovarajući dinamički
modul deformacije tla (Evd). Ovaj noviji metod, razvijen u poslednje dve decenije, uvodi
se u tehničku regulativu Nemačke i Austrije i širi se u internacionalnoj geomehaničkoj
praksi, uz sve češće teorijsko-eksperimentalne analize i korelacije dinamičkog modula sa
statičkim u domaćoj stručnoj javnosti.

→ Opit pločom prema SRPS U.B1.O46/1968 - Modul stišljivosti Ms

Modul stišljivosti Ms - opit kružnom pločom je metoda kojom se vrši ispitivanje nosivosti
ugrađenog sloja tako što se utvrđuje sleganje ploče prečnika 30 cm, pri određenim
pritiscima koji se povećavaju.

Prema ovom standardu, krutom čeličnom kružnom pločom prečnika D= 300 mm (tačnije
298,6 mm, površine 700 cm
2
) pripremljeno tlo se opterećuje, zavisno od sastava i položaja
sloja (npr. u kolovoznoj konstrukciji), do pmax= 250, 450 ili 550 kPa, postepeno, do
konsolidacije tla pod svakim stepenom opterećenja, a modul deformacije određuje se iz
izraza:

preko sleganja (s) izmerenih pod opterećenjima p1 i p2, prikazanim u tabeli 49. Rezultat
ispitivanja trebalo bi prikazati na dijagramu (p,s), jer postoji mogućnost da su nagib krive
i veličina modula zadovoljavajući a sleganja nedozvoljeno velika. Relacije ovoga modula
deformacije (stišljivosti) za efektivne napone u tlu i drugih modula (stišljivosti u
edometru, ekvivalentnih modula elastičnosti u dreniranim i nedreniranim uslovima), koji
važe za drugačije konturne uslove, prikazane su u ranijem radu koautora.

Tabela 49. Karakteristične vrednosti opterećenja za određivanje Ms i Еv1
(Characteristic pressure values for Ms and Еv1 determination)
Metod za određivanje Ms (SRPS U.B1.046 Ev1 (SRPS U.B1.047)
Opterećenje [kPa] pmax p1 p2 ∆p pmax p1=0,3pmax p2=0,7 pmax ∆p
Posteljica (glina) 250 50 150 100 400 120 280 160
DNS (šljunak) 450 150 250 100 500 150 350 200
Noseći sloj (tucanik) 550 250 350 100 600 180 420 240
700 210 490 280
Korelacije Ev1-Ms. Za oba metoda prema domaćim standardima, u tabeli 49 prikazane su
merodavne vrednosti opterećenja za određivanje statičkih modula deformacije Ms i Ev1 a
na sl.538 tipični dijagrami (p,s) za uobičajene vrste tla.

Sl.538:- Tipičan dijagrami (p,s) za uobičajene vrste
tla, sa područjima za određivanje statičkih modula
Ms (pune sečice) i Ev1 (isprekidane sečice)

399/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Opit pločom prema SRPS U.B1.O47/1997 - Modul deformacije

- SRPS U.B1.047:1997 Geomehanička ispitivanja ‐ Određivanje modula deformacije pomoću
opterećenja kružnom pločom
- DIN 18134 (Nemačka metoda)

Prema ovom standardu, kakav se široko primenjuje u Nemačkoj i Austriji, krutom
čeličnom kružnom pločom prečnika D = 300 mm pripremljeno tlo opterećuje se, zavisno
od sastava i položaja sloja, u 6 - 8 stepeni do pmax ≈ 400-700 kPa odabira se tako da
maksimalno sleganje bude 2-5 mm ili (pmax ≥ 500 kPa), do konsolidacije tla pod svakim
stepenom, a modul deformacije određuje se iz izraza

preko sleganja (s) očitanih sa obaveznog dijagrama (p,s) za opterećenja p1 = 0,3pmax i
p2 = 0,7pmax, prikazanim u tabeli 49. Zatim se ploča rasterećuje i drugi put opterećuje
stepenima jednakim kao prvi put ali za jedan stepen manje, pri čemu se određuje Ev2 po
istoj formuli, opet rasterećuje i opterećuje treći put, u 2-3 stepena do prethodnog pmax, pri
čemu se određuje Ev3. Jasno je da je u prethodno bolje zbijenom tlu priraštaj modula od
Ev1 do Ev2 po ponovljenom opterećenju manji, pa se za dovoljnu zbijenost zahtevaju što
veće Ev2 uz što manji odnos Ev2/Ev1, dok bi Ev3/Ev2 trebalo da bude blisko 1. Upoređenjem
sa teorijskim rešenjem za sleganje krute kružne ploče na homogenom, elastičnom i
izotropnom poluprostoru.

vidi se da, za priraštaj opterećenja kojim se određuje, vrednost Ev1 odgovara efektivnom
ekvivalentnom modulu elastičnosti E' tla čiji je Poisson-ov koeficijent u dreniranim
uslovima ν' = 0,21 (kao u krupnozrnom tlu). Može se uočiti da se metodi određivanja Ms
i Ev1 bitno ne razlikuju, osim po veličini i položaju Δp = p2 - p1, prikazanim u tabeli 49 i
na sl.538, što za veće zakrivljenje eksperimentalnih krivih na dijagramu (p,s) uslovljava
veće međusobne razlike ovih modula.

Ispitivanja kolovoznih podloga

- Kontrola kvaliteta zbijenog materijala (posteljica, nasip, slojevi gornjeg stroja)
- Pokazatelj ‐ Modul stišljivosti Ms (parametar deformabilnosti)
- Podloga se opterećuje kružnom pločom i meri se sleganje (komparaterima)

Sl. 539:- Opit kružnom pločom ‐ Modul stišljivosti Ms (parametar deformabilnosti)

- Prečnik ploče Dpl=16 cm ili Dpl=30 cm
- Prečnik zrna materijala dmax ≤ (1/3‐1/5)Dpl
- Dubina rasprostiranja značajnih napona

400/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Pokazatelj ‐ Modul stišljivosti Ms (parametar deformabilnosti)

1. Početno (nulto) opterećenje iznosi 20 kPa da bi se ostvario dobar kontakt i komparateri
postavljaju se na nulu.
2. Prvo opterećenje iznosi 50 kPa
3. Beleži se sleganje tla do završene konsolidacije
4. Nanosi se sledeći stepen opterećenja od 50 kPa i postupak merenja sleganja se ponavlja
- Maksimalno opterećenje:
‐ 250 kPa za posteljicu
‐ 450 kPa za noseći sloj (gornji stroj)
‐ 550 kPa za gotov put bez zastora

- Pokazatelji ‐ Moduli deformacije Ev1 i Ev2
- Prečnik ploče Dpl = 30, (45), 60 cm
- dmax ≤ 16 mm ploča Dpl =30 cm
- dmax ≤ 63 mm ploča Dpl =60 cm
- Ako se koristi ploča Dpl = 60 cm na nju se postavljaju i ploče od 45 cm i 30 cm
- Postupak ispitivanja sličan je postupku za određivanje Ms

- Tri ciklusa: opterećenje, rasterećenje i ponovno opterećenje

1. Opterećenje i rasterećenje nanose se u stepenima
2. Opterećenje se nanosi najmanje u 6 inkremenata
sa vremenskim intervalom od 2 min do dostizanja
sleganja od 5‐7 mm
3. Rasterećenje se vrši u tri koraka:
50%, 25 %, i 0 % pmax (maksimalnog opterećenja)
4. Ponovno opterećenje
5. Crtanje dijagrama zavisnosti napona i sleganja.

Prvo opterećenje Drugo opterećenje (elastične deformacije)

Sl. 540:- Moduli deformacije Ev1 i Ev2 - dijagrama zavisnosti napona i sleganja.

Tehnike poboljšanja tla su geotehničke građevinske metodologije koje modifikuju i
poboljšavaju inženjerska svojstva mase tla poboljšavanjem jednog ili više sledećih
parametara: Povećanje gustine tla i čvrstoće na smicanje, smanjenje kompresibilnosti,
smanjenje sleganja (ukupnog i diferencijalnog), povećanje nosivosti tla, ubrzanje procesa
konsolidacije, povećanje faktora sigurnosti od likvifakcije u slučaju zemljotresa, i uopšte
jačanje tla. Dostupne su brojne tehnike poboljšanja tla za različite vrste tla, različite
svrhe i projektne zahteve.

401/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.6. Vrste materijala s obzirom na zbijenost

Оptimаlno zbiјаnjе tla i kоntrоla postupka vеоmа је vаžnа za mnоgе оblаsti grаđеvinskе
industriје. Značaj procesa zbijanja nаglаšen je u mnоgim mаtеmаtičkim mоdеlima,
postupcima, еkspеrimеntаlnim rаdovima i izvеštајima.

Оptimizаciја zbijanja zаhtеvа sаrаdnju izmеđu više učesnika i grana tehnike (geologije,
mehanike tla, gеоdеzije, mаšinstvа...) iz tog razloga, razvijena je "intеligеntna" оprеmа
kako bi se оbеzbеdio visоk kvаlitеt zbiјаnjа. То znаči prilаgоđаvаnjе gеоtеhničkih
pаrаmеtаrа tla i tеhničkih pаrаmеtаrа оprеmе. Kontrola zbiјаnjа zаhtеvа kalibraciju
kоntrоlnih pаrаmеtаrа nа оsnоvu intеrаkciје izmеđu tla i radne mašine. Zа pоstizаnjе
оptimаlnоg zbiјаnja tlа, pоsеbnо su vаžni fаktоri kојi bitnо utiču nа pоvršinu zbiјаnjа.
Osnovni pаrаmеtri tla su:
- tip tla,
- strukturа zrna,
- krutost sloja,
- dеblјina i struktura sloja i
- krutost nižih slојеva.
Bez obzira na postojeće klasifikacije materijala tla, tla se s obzirom na različita svojstva
pri zbijanju dele u tri grupe:
- krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla kao što su pesak, šljunak odnosno
njihove mešavine, prirodne kamene drobine - sipari ili slični materijali,
- sitnozrna vezana (koherentna) tla, kao što su gline, prašine, prašinaste gline (ilovače),
peskovite prašine i les,
- mešovita tla koja su mešavina krupnozrnatih nevezanih i sitnozrnatih vezanih materijala
(zaglinjeni peskovi i šljunkovi i vezana rastrošena kamenita tla).

Napomena: tla stabilizovana krečom ili cementom, sa stanovišta zbijanja ubrajaju se u
mešovita tla.
Krupnozrna (nevezana) tla najefikasnije se zbijaju dejstvom vibracija pri čemu se manja
zrna pomeraju u prostore između većih zrna. Na mogućnost zbijanja krupnozrnog tla
najviše utiče granulometrijski sastav a malo vlažnost.

Kod sitnozrnog (vezanog, koherentnog) tla od najvećeg uticaja na zbijanje je vlažnost
materijala. Proktorovim opitom u laboratorijskim uslovima ispituje se mogućnost zbijanja
koherentnog materijala tj. određuje optimalna vlažnost wopt (sl.520) kojoj odgovara
maksimalna jedinična težina u suvom stanju.

Sl. 541:- Jedna od klasifikacija tla

Mehanizam delovanja
NEKOHERENTNA TLA DELIMIČNO ZASIĆENA TLA
• razbijanje početne strukture
• indukovana likvefakcija
• povećanje pornog pritiska
• smanjenje čvrstoće
• lom materijala
• stabilno stanje i veća gustina
• kolaps početne strukture tla
• izlazak vazduha iz pora
• stabilno stanje veće gustine

402/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.7. Metode zbijanja u raznim vrstama tla

Pregled metoda za poboljšanje tla povećanjem gustine (Densification methods):
- Zbijanje površinskih slojeva mašinama za zbijanje (vibro valjci, kompaktori, ježevi itd.)
je najčešće primenjivana metoda,
- Dubinsko dinamičko zbijanje (dynamic deep compaction).
- Vibroflotacija:
- Dubinsko vibriranje tla - vibro zbijanje (vibrocompaction),
- Vibro zbijanje sa zamenom materijala (vibroreplacement),
- Brzo udarno zbijanje (rapid impact penetration - RIC),
- Penetraciono injektiranje (penetration grouting),
- Kompakciono injektiranje (compaction grouting).

Sl.542:- Tehnike dinamičkog zbijanja i poređenje dubine zbijanja (Adam i Furpass, 2007).

Sl.543:- Dinamički model vibracionog nabijača sa jednim stepenom slobode.
Dynamic model of vibratory compactor with a unique degree of freedom.

Vibro tehnike su metode poboljšanja tla koje koriste dubinske vibratore za prodiranje u
dubinu i poboljšavaju čvrstoću i krutost mekog tla. Ove tehnike pružaju vrlo fleksibilna
rešenja za poboljšanje tla koja se mogu prilagoditi najrazličitijim uslovima tla i zahtevima
temelja, a njihovo izvođenje je relativno brzo. Poboljšanje tla omogućava izvođaču da
koristi standardne plitke podloge, što zauzvrat dovodi do dodatnih ušteda
troškova. Takođe je ekološki prihvatljiv, jer se uglavnom koriste prirodni materijali i
materijali in situ. Pored toga, tokom procesa potrebno je zbrinuti samo relativno malu
količinu tla.
Osnovni element vibro tehnike je dubinski vibrator, postavljen na posebno napravljenu
platformu, dizalice ili sličnu opremu. Dubinski vibrator je obično cilindričnog

403/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
oblika, dugačak oko 3-5 m, a težak je oko 2-4 t, zavisno od modela vibratora. Osnovni
deo dubinskog vibratora je ekscentrična težina koju pokreće motor koji pokreće vibrator
da horizontalno oscilira (vidi sliku 544 ).

Sl.544:- Mehanizam dubinskog vibratora, (Izvor: Keller)
U vibro tehnikama postoje dve karakteristične kategorije:vibrozbijanje (vibrokompakcija)
i vibro zamena. Vibro zbijanje koristi se za zbijanje zrnastih tla koja sadrže malo sitnih
čestica, dok vibro-zamena istiskuje tlo i unosi materijal u vidu stubova izrađene od jačeg
materijala u masu tla. Opšti vodič za primenjivost tehnika prikazan je na slici 545 .

Sl.545:- Primenjivost vibro tehnika.(Izvor: Keller)
Kao što je prikazano na grafikonu, vibro zbijanje je najefikasnija u grubozrnom tlu
(sadržaj sitnosti < 10%). Postaje manje efikasan u sitnom pesku, gde je teško
postići visok stepen zgušnjavanja bez znatnog napora. U ovom slučaju, vibro-zamena
može se koristiti za izgradnju krutih elemenata stuba u masi tla, tako da kompozit tla i
stubova može pružiti dovoljnu podršku temeljima. Tla tretirana vibro tehnikama imaju
veću smičuću čvrstoću i krutost, što zauzvrat rezultuje većom nosivošću i manjim
sleganjem. Kameni stubovi ugrađeni vibro tehnikama u meka kohezivna tla pružaju
dodatnu korist - drenažne staze za tla, tako da se trajanje konsolidacije može dogoditi u
kraćem vremenu. Ovaj učinak još je poželjniji ako se in situ tlo još uvek konsoliduje.

404/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 50 - Metode zbijanja tla - kratak opis metoda
VIBRO ZBIJANJE / ZAMENA DINAMIČKO ZBIJANJE BRZO ZBIJANJE UDAROM
ZBIJANJE VALJAKOM VISOKOG
UDARA

Vibro zbijanje je tehnika za poboljšanje
zgušnjavanja koja preuređuje čestice tla
u gušće stanje.

Vibro zamena je tehnika poboljšanja tla
za ojačanje koja ojačava tlo
konstrukcijom kamenog stuba.
Vibro zbijanje je tehnika koja
omogućava preslagivanje čestica tla u
gušću konfiguraciju vibracijama
upotrebom moćnih dubokih vibracionih
sondi u rupi.

Vibro zamena (kameni stubovi) koristi
isti princip vibro zbijanja (snažne
vibroflotove koji generiraju vibracije za
preuređivanje čestica tla), ali na tlima
gde VC nije moguć zbog većeg sadržaja
sitnoća (više od 10% i obično manje od
40%); tako se zgušnjavanje postiže
izmeštanjem tla radijalno pomoću
vibratora, dopunjavanjem dobijenog
prostora granulisanim materijalom što
rezultira izgradnjom kamenih stubova
na mestima obrade.
Tehnika vibro zbijanja najpogodnija
je za rastresit srednje do grubo zrnasti
pesak sa učešćem mulja/gline manjim
od 10% (manje efikasan sa učešćem
sitnih delova između 10% i 15%). Može
se primeniti na dubinama do 45 m (ili
više, zavisno od kapaciteta dizalice)

Vibro zamena (kameni stubovi)
najpogodnija je za pesak sa učešćem
sitnosti većim od 10% i tipično manjim
od 40% ili za gline kojima je potreban
određeni nivo sleganja ili bočno
ojačanje. Može se primeniti na
dubinama do 45 m (ili više, zavisno od
kapaciteta dizalice).
Dynamic Compaction je tehnika
poboljšanja tla za denzifikaciju koja
koristi „nabijač“ velike težine ovešen
na nosač dizalice koji se ponavlja
nekoliko puta u tlo kako bi se
zgusnulo tlo.

Dinamičko zbijanje (DC) uključuje
ponavljano ispuštanje tampera od 10
do 30 tona više puta sa visina od 15
do 30 m, transformišući potencijalnu
energiju u efekat zgušnjavanja čestica
tla

Primenjiva tla i dubina poboljšanja
DC tehnika je najpogodnija za
rastresit srednje do grubozrni pesak sa
učešćem mulja/gline manjim od 15%
(nekako efikasna sa učešćem sitnih
delova između 15% i 20%). Može se
primeniti na dubine do 12 m (ali
tipična idealna efektivna dubina je do
10 m).
DC je efikasan i iznad i ispod nivoa
podzemne vode, iako se vertikalni
odvodni elementi (kao što su odvodi-
filtri) obično koriste za pomoć u
rasipanju pora kada je vodostaj
relativno plitak.
RIC je tehnika poboljšanja tla
koja se sastoji od hidrauličnog
čekića od 9-16 tona, hidraulični
podignutog na bager,
hidrauličnog čekića za zabijanje
stubova, a zatim puštenog u
slobodan pad; na taj način,
isporučujući energiju za
raspoređivanje čestica tla u gušće
stanje.
a zatim dopuštenog slobodnog
pada; na taj način, isporučujući
energiju za raspoređivanje
čestica tla u gušće stanje.
RIC je i tehnika za zgušnjavanje
i pojačanje, koristi isti princip
dinamičkog zbijanja (težina
ispuštena u tlo da bi se zgusnulo
tlo), ali na kontrolisaniji način
(manja visina, manja težina, ali
brža). Sa jedne strane, to je
tehnika za zgušnjavanje jer
preuređuje čestice tla u gušće
stanje; sa druge strane, to može
biti i tehnika armiranja, jer se u
kombinaciji sa zamenom tla ili
kamenim zasipanjem na mestu
udara razvija stubove za
ojačavanje koji se grade i zbijaju
metodom; tako, povećavajući
nosivost,
Primenjiva tla i dubina
poboljšanja
RIC tehnika je najpogodnija za
rastresiti srednje do grubozrni
pesak sa učešćem mulja/gline
manjim od 20% (manje efikasna
sa učešćem sitnih delova između
20% i 25%). Može se primeniti
na dubinama do 5-6 m sa
čekićima od 9 tona i do 8-9 m sa
čekićima od 16 tona. Dubina
poboljšanja u velikoj meri zavisi
od uslova tla.
HIRC je „dinamička“ tehnika
zbijanja koja se sastoji od
trougaonog, pravougaonog ili
šestouganog „točka“ (obično
između 8 do 12 tona)
postavljenog na prikolicu koju
vuče traktor konstantnom
brzinom, čineći nekoliko
prolazaka preko tla.
Učinak brzine u kombinaciji sa
„neovlaštenim promenama“
nepravilnog „točka“ stvara
efekt mahanja koji zgušnjava
čestice tla.
Za razliku od principa pada
težine sa visine (tj. dinamičkog
zbijanja i nabijanja velikim
udarima), „težina“ HIRC-a se
„izvlači“ iz traktora, čineći
svaki zaokret neobičnog oblika
„točkom“ talasom energetskog
udara u tlo; na taj način,
zgušnjavanje tla.
Dubina zgušnjavanja manja je
od dinamičkog zbijanja ili
brzog zbijanja, pa se HIRC
smatra površinskom metodom
zbijanja.

Primenjiva tla i dubina
poboljšanja
Tehnika zbijanja visokog udara
dobra je u pesku sa udelom
sitnosti ne većim od 10%, ali se
takođe može koristiti (sa manje
efikasnosti) sa nešto većim
udelom sitnih delova. HIRC
ima ograničenu dubinu
poboljšanja do gornjih 1,5 do
2,0 m; idealno se primenjuje
kao dopuna drugim metodama
dubokog zbijanja poput VC ili
DC, koje su siromašne
sabijanjem površinskih tla.

405/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 51 - Metode zbijanja tla i neophodna mehanizacija
MEHANIČKO POBOLJŠANJE
 Vučeni i samohodni valjci
Zbijanje se može vršiti statički i dinamički
- Zbijanje statičkim dejstvom:
• Glatki valjci
• Ježevi
• Valjci na pneumaticima
- Zbijanje dinamičkim dejstvom:
• Vibracioni valjci
• Vibro ploče

 Dinamičko zbijanje (kompakcija):
- Zbijanje tla padom tega velike težine na tlo

 Vibrokompakcija (vibroflotacija):
- Zbijanje tla (naročito peska) primenom
pribora za vibriranje koji se ubacuje u tlo

 Zbijanje pomoću eksploziva:
- U seriju bušotina ubacuje se eksploziv
- Aktivacijom eksploziva izaziva se
likvefakcija i zbijanje rastresitog
materijala talasima i vibracijama

POBOLJŠANJE TLA SA DODACIMA
 Poboljšanje tla dodavanjem materijala
• Vibro zamena - šljunčani šipovi
• Dinamička zamena
Injektiranje tla
- Mešanje tla sa vezivima (cement, kreč,
bitumen, pepeo...)
- Mlazno cementiranje - Jet grouting

• Vibro zamena
- šljunčani šipovi (stone columns)

• Dinamička zamena tla:
- prečnik 2.5 m u mekom tlu

 Injektiranje:
- U tlo se ubacuje injekciona masa - cementna
ili hemijska mešavina pod pritiskom u cilju
povećanja čvrstoće i smanjenja
vodopropusnosti
- U steni se mogu popunjavati prsline i
pukotine

406/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 Mešanje sa vezivima:
- Cement
- Kreč
- Bitumen
- Pepeo i šljaka
- Postupak stabilizacije:
• na licu mesta (razrivanje površine terena,
rastresanje‐aerisanje, dodavanje
stabilizacionog sredstva, mešanje,
razastiranje i zbijanje)
• mešanje pre ugrađivanja (stabilizovana
mešavina se pripremi van mesta ugrađivanja i
onda dopremi na gradilište)

Stabilizacija cementom:
Pogodna su krupnozrna tla i tla na prelazu ka
sitnozrnim
U zavisnosti od količine cementa razlikuju se:
Cementno tlo - homogeni materijal koji
sadrži 5‐15% cementa u odnosu na
masu tla. Cement ispunjava pore i formira se
cementna rešetka u kojoj su
zarobljena zrna tla. Stabilizovano tlo ima
visoku čvrstoću 2‐7 Mpa, otporno je na
eroziju, vlagu i mraz. Primenjuje se kod
nosećeg sloja saobraćajnica
Tlo poboljšano cementom - sadrži 2‐5%
cementa. Zrna tla su povezana cementom samo
na delu površine i nije formirana cementna
rešetka. Primenjuje se za stabilizaciju posteljice

Stabilizacija krečom:
Pogodna su sitnozrna tla
Stabilizacija se vrši dodavanjem 2‐8%
gašenog kreča u odnosu na masu tla
Dolazi do hemijske reakcije između gašenog
kreča i minerala gline i menjaju se svojstva tla
Minerološki sastav gline utiče na jačinu
reakcije
Smanjuje se vlažnost tla
Formira se čvrst kostur i menja se
granulometrijski sastav (ukrupnjavanje)
U dužem vremenskom periodu dolazi do
pucolanske reakcije - reagovanje kreča sa
aktivnim silikatima i mineralima gline. Zrna
se slepljuju i na taj način se povećava
čvrstoća tla
Smanjuje se indeks plastičnosti Ip
Ekonomičnije od stabilizacije cementom
Efekat stabilizacije na povećanje nosivosti

Stabilizacija bitumenom:
Primenjuje se kod svih vrsta materijala
Izaziva slepljivanje čestica (povećava se
kohezija)
Količina bitumena 2‐4%, izuzetno 10%

Stabilizacija pepelom:
Pepeo je produkt sagorevanja uglja u
termoelektranama. U zavisnosti od vrste uglja
dobija se pepeo klase C koji ima samovezujuća
svojstva (potrebna je samo voda zap početak
reakcije) i pepeo klase F koji ima samo
pucolanska svojstva (potrebna je voda i
aktivator)
Optimalan sadržaj 10‐30% u zavisnosti od
vrste tla i pepela
Efekti stabilizacije: povećava se čvrstoća i
nosivost, smanjuje se indeks plastičnosti i
bubrenje

407/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
POBOLJŠANJE TLA SA DODACIMA – površinsko mešanje
- Rotofrezer (Pulvimikser)
(engl. pulverizing mixer)
je građevinska mašina za usitnjavanje
zemljanih materijala. Koristi se još za mešanje
tla ili kamenog filera sa nekim vezivom kod
izrade stabilizujućih slojeva

POBOLJŠANJE TLA SA DODACIMA – dubinsko mešanje
 DSM - dubinsko mešanje tla
(DSM-Deep Soil Mixing)
 Postoje dve metode:
1. Tlo se meša sa suspenzijom koja sadrži
vezivno sredstvo (vlažna metoda).
Primenjuje se za meku glinu, prašinu i finozrni
pesak sa manjim sadržajem vode
2. Tlo se meša sa suvim vezivnim sredstvima
(suva metoda). Primenjuje se zap meka tla sa
visokim sadržajem vode
 Vlažna metoda
. Suspenzija može da se ubrizgava u toku faze
prodiranja i povlačenja

 Suva metoda
Prečnik stuba 60‐80 cm, dubina do 25 m

Jet grouting (mlazno cementiranje)
. Može se primeniti za sve vrste tla
. Mlaz cementnog maltera pod pritiskom
razbija tlo i meša se sa njim
. Integrisanjem nastalih stubova formira se
masa soilcrete koja ima visoku čvrstoću i
malu vodopropusnost

ARMIRANJE TLA
- Primena geosintetika
- Ankeri
- Biloške metode korišćenjem
vegetacije

- Ankeri

- Biloške metode korišćenjem vegetacije

408/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.7.1. Sredstva za zbijanje tla

 Mehaničko poboljšanje:
- Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje (valjci)
- Dinamičko zbijanje (Dinamička kompakcija)
- Vibro zbijanje (Vibrokompakcija)
- Zbijanje primenom eksploziva

 Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje (valjci):

- Vučeni i samohodni
- Zbijanje se može vršiti statički i dinamički.
→ Zbijanje statičkim dejstvom:
• Glatki valjci
• Ježevi
• Valjci na pneumaticima
→ Zbijanje dinamičkim dejstvom:
• Vibracioni valjci
• Vibro ploče
 Dinamičko zbijanje (Dinamička kompakcija):
- Zbijanje tla padom tega velike težine na tlo
 Vibro zbijanje (Vibrokompakcija - vibroflotacija):
- Zbijanje tla (naročito peska) primenom pribora za vibriranje koji se ubacuje u tlo

 Zbijanje pomoću eksploziva:
- U seriju bušotina ubacuje se eksploziv
- Aktivacijom eksploziva izaziva se likvefakcija i zbijanje rastresitog materijala
talasima i vibracijama.

1.6.7.1.1. Zbijanje površinskih slojeva primenom mehanizacije za zbijanje

Kada se tlo koristi kao građevinski materijal za izradu nasipa (putevi, aerodromske piste,
nasute brane) potrebno je da se materijal: iskopa, transportuje i ugradi nasipanjem. Pri
građenju nasipa tlo se razastire u slojevima debljine 10-50 cm a zatim zbija. Zbijanjem se
istiskuje vazduh i voda iz pora tla, povećava se gustina tj. zapreminska težina tla.Time se
povećava čvrstoća na smicanje i nosivost tla a smanjuje njegova stišljivost i
vodopropustljivost. Faktori koji utiču na zbijanje su: vrsta materijala koji se zbija,
njegova vlažnost i primenjene mašine za zbijanje.

Kod površinskog zbijanja tla često se koriste razni dodaci, kako bi se izvršila stabilizacija
tla, od klasičnih dodataka, u novije doba koriste se i sintetički materijali, kao i najrazličitiji
industrijski ostaci (topionička šljaka, pepeo i šljaka iz termoelektrana, leteći pepeo,
ugljena prašina, cementna prašina), koji služe kao vezivo ali neki mogu služiti i kao
punilo.

Plitko ili površinsko zbijanje jedna je od najstarijih metoda poboljšanja osobina tla. S
obzirom na dugu primenu ove metode postoji veliki raspon mehanizacije (valjci, ježevi),
koja se razlikuje po veličini, obliku i načinu rada. U zavisnosti od načina rada mašine
zbijanje može biti statičko ili dinamičko.

Pаrаmеtri valjka su: smisао sile, pobudna frеkvеnciја, аmplitudа vаlјаk-bubаnj, prečnik
bubnja, težina vаlјkа, odnos težine vаlјаk/bubanj, gеоmеtriја bubnja i tipа vаlјkа (vučeni
ili samohodni).

409/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Parametri procesa su: brој prоlаzа, brzinа i njen prаvаc, kao i оblik, nаgib i glаtkоst
pоvršinе.
Nаčini rаdа vаlјkа su: stаlni kontakt, dеlimični gubitаk kоntаktа i promenljivo i
nеkоntrоlisаnо krеtаnje.

Dakle, mašine za zbijanje tla dele se na mašine sa statičkim i mašine sa dinamičkim
dejstvom. U mašine za zbijanje sa statičkim dejstvom spadaju glatki valjci,valjci na
pneumaticima-kompaktori i valjci sa ovčijim nogama - ježevi.
U mašine sa dinamičkim dejstvom spadaju vibro valjci, vibro ježevi, vibro nabijači i vibro
ploče.

Sl. 544:- Sredstva - mehanizacija za zbijanje tla

Sl. 545:- Jedna od podela mehanizacije za zbijanje tla - podela valjaka
Za izvođenje terenskog zbijanja potrebno je definisati sledeće:
- broj prelaza,
- debljinu slojeva, i
- frekvenciju (učestalost) za vibraciono zbijanje. GLAVNAPODELASREDSTAVAZA ZBIJANJEZEMLJANIH I DRUGIHMATERIJALA
a)MAŠINESASTATIČKIMDELOVANJEM
(sopstvenatežina)
b) MAŠINESA DINAMIČKIM DELOVANJEM
(efikas. savlađ. kohezije/viskoznosti)
b
1) udar/skok b
2) vibracije

410/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kod dinamičkog zbijanja obično se koristi 4-6 a kod statičkog zbijanja 4-8 prelaza.
Debljina slojeva obrnuto je proporcionalna pritisku zbijanja, što je određeno vrstom tla.

Sl. 546:- Najčešća oprema za zbijanje tla

Kod dinamičkog zbijanja obično se
primenjuju pritisci od 50 - 100 kPa za
peskovita, i 400 - 700 kPa za glinovita
tla. Stepen zasićenosti tla takođe ima uticaj na efekte zbijanja. Nekoherentna tla lakše se
zbijaju u potpuno zasićenom ili potpuno suvom stanju, nego u delimično zasićenom
stanju. Gline i prašinaste gline jako su osetljive na sadržaj vode pri ugradnji (Proktorov
opit). Uputstvo za izbor odgovarajuće mehanizacije u zavisnosti od vrste tla i namene
prikazan je u tabeli 52.
Tabela 52 - Izbor opreme za zbijanje

Sl. 547:- Primenljivost opreme za zbijanje tla i krive zbijanja za različite tipove tla
- Postupak zbijanja tla različitim mehaničkim sredstvima predstavlja jedan od
najjednostavnijih načina, ali ne i jedini način za poboljšanje karakteristika tla.
- Proktorov opit ima za cilj da ispita pogodnost tj. uslove najpovoljnijeg ugrađivanja tla!

411/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.7.1.2. Metode dubokog zbijanja u raznim vrstama tla

Duboko zbijanje primenjuje se kada postoje naslage nekoherentnog materijala a znatne
su debljine. Svrha ovog postupka je eliminacija velikih sleganja, bilo da se radi o totalnim
ili diferencijalnim sleganjima, kao i sprečavanje pojave likvefakcije. Proces preuređenja
čestica tla smicanjem u gušću konfiguraciju horizontalnim vibracijama pomoću raznih
metoda i uređaja vibroflota (vibro zbijanje, dinamičko zbijanje, prethodno opterećenje
(precompresion), konsolidacija...
Duboko zbijanje postiže se primenom sledećih metoda, kako samostalno, tako i u
kombinaciji:
- prethodno opterećenje (precompresion),
- primena eksploziva,
- dinamička konsolidacija (dynamic compaction - heavy tamping),
- vibraciono zbijanje (vibroflotation, vibratory compaction) i
- konsolidaciono (kompakciono) injektiranje (compacting grouting).

Sl.548:-Karakteristike vibro i dinamičkog zbijanja (Characteristics of vibro compaction and dynamic compaction)
Dubinsko dinamičko zbijanje (dynamic deep compaction)
Dubinsko dinamičko zbijanje tla sprovodi se udarima tega težine od 10 do 30 tona koji
pada sa visine od 15 do 30 metara na pojedine tačke na površini terena postavljene na
međusobnom rastojanju od 2 do 6 m. Tehnika je jednostavna i jeftina i primenjuje se za
zbijanje zasićenih peskova i prašinastih peskova kao i delimično zasićenog peska.
Pogodna je za mnoga tla sa <15% sitnozrnih frakcija. Nedostaci su: efektivna dubina
zbijanja D ograničena na 10 m, potreban slobodan prostor oko gradilišta, vibracije.

Uspešnost primene ovih metoda zavisi od:
• vrste tla (granulometrijski sastav, postotak sitnih čestica),
• stepena zasićenosti i nivoa podzemnih voda - NPV,
• početnoj gustini tla,
• in-situ stanja napona,
• strukture tla
Kod koje vrsta tla je važnija vlažnost, a kod koje granulometrijski sastav i struktura?

412/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.6.7.2. Vibro zbijanje (Vibro compaction)

Ovaj pojmovnik opisuje terminologiju jedinstvenu za vibro zbijanje.
Vibro-zbijanje - tehnika modifikacije tla koja koristi posebno projektovane dubinske
vibratore tipa sonde za zgušnjavanje rastresitog peska i šljunka na licu mesta - in situ.
Vibro-premeštanje - odnosi se na suvi, gornji ili donji postupak dodavanja; na površini
se gotovo ne pojavljuje tlo in situ, već ga zamenjuje - istiskuje materijal za zasipanje.
Vibroflotacija - odnosi se na zbijanje pomoću vibrosonde, koja se ponekad naziva i
vibroflot koji zgušnjava tlo pretežno horizontalnim vibracijama. Vibroflotacija je izvorni
naziv postupka i koristi se sinonimno za vibro - zbijanje.
Vibro - zamena - odnosi se na mokri ili suvi postupak punjenja gornjim delom (sa vrha)
u kojem se mlaz vode koristi za prodiranje vibratora u tlo. Zahvaljujući delovanju mlaza
vode, deo in situ tla ispire se na površinu. Zatim se ovo tlo zamenjuje materijalom za
zasipanje (zatrpavanje).

Osnovni princip procesa vibro zbijaja je da se čestice nekohezivnog, grubozrnog tla mogu
preurediti u gušće stanje. Preuređivanje čestica tla iz rastresitog u gušće stanje prikazano
je na slici 549. Tokom procesa, energija zbijanja deluje u masu tla u obliku vibracija, koje
uzrokuju lokalizovano propadanje u tlu. Posledično, čestice tla se preuređuju dok talasi
vibracija prolaze kroz matriks tla.

Sl.549:- Osnovni princip vibro zbijanja (kompakcije)
Proces vibro zbijaja prikazan na slici 550 u osnovi uključuje dve faze: prodiranje i
zbijanje. Tokom faze prodiranja, dubinski vibrator se uvlači u tlo sopstvenom težinom
vibratora, vibracija i mlaza vode. Nakon postizanja ciljne dubine, mlaznice vode na
bočnim stranama vibratora uključuju se kako bi isprali pesak sa bočnih strana, tako da se
on sruši u šupljinu oko vibratora, a vibrator se podiže u pravilnim razmacima od oko 0,5-
1 m da se zbije tlo. Zavisno od tla i vibratora, trajanja svakog intervala je od 30-60
sekundi.

Sl.550:- Proces vibrokompakcije (Izvor: Keller).
Vibro zbijanje - vibrokompakcija sastoji se u penetraciji vibro uređaja (vibro sonda,
vibroflot) u tlo do zahtevane dubine i vibriranja tokom povlačenja uređaja nagore, što
izaziva zgušnjavanje tla. Formirani krater na površini terena se zatim zasipa a vibro uređaj
izvlači. Penetracija vibratora je usled njegove sopstvene težine a može se poboljšati
korišćenjem vodenih mlaznica. Vibro zbijanje je ekonomična alternativa dubokom
fundiranju i zameni tla. Zbijanjem tla ispod temelja smanjuje se rizik od likvefakcije.

413/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.551:- Vibroflot i različite faze vibro zbijanja (Vibroflot and different phases of vibro compaction)
Tla pogodna za vibro zbijanje uglavnom su zrnaste prirode sa neznatnom
plastičnošću. Faktori koji utiču na kompaktibilnost tla uključuju sadržaj sitne frakcije -
sitnež, vrstu peska i koeficijent ujednačenosti. U idealnom slučaju, tlo koje se zbija mora
sadržavati sitne frakcije manje od 10% da bi zbijanje bilo efikasno (Kirsch i
Kirsch,2010). Kada su dostupni podaci ispitivanja prodiranja konusa (CPT), empirijski
odnos kao što je prikazano na slici 552 može se
koristiti za određivanje kompaktabilnosti tla. Kao što
prikazuje slika, tlo je uglavnom kompaktno ako
je otpor konusa, qc veći od 5 MPa, a odnos trenja manji
od 1%.

Sl.552:-Kompaktnost tla na osnovu otpora prodiranja konusa i
odnosa trenja. (Izvor:Massarha (1991)).

Raspodela veličine zrna materijala za nasipavanje
jedan je od faktora koji kontroliše brzinu zgušnjavanja.
Brown (1977) je definisao količinu koja se naziva
pogodnim brojem za ocenjivanje materijala za
zasipanje.

414/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Broj pogodnosti SN dat je formulom:
&#3627408506;
&#3627408501;=&#3627409359;.&#3627409365;√
&#3627409361;
(&#3627408491;
&#3627409363;&#3627409358;)
&#3627409360;
+
&#3627409359;
(&#3627408491;
&#3627409360;&#3627409358;)
&#3627409360;
+
&#3627409359;
(&#3627408491;
&#3627409359;&#3627409358;)
&#3627409360;

Gde su D50 , D20 i D10 prečnici veličine zrna (u milimetrima) pri 50%, 20%, odnosno 10%
prolaza. Brown je opisao odgovarajuće brojeve u rasponu od 1-10 kao izvrsne, dok se
brojevi veći od 50 smatraju neodgovarajućim - lošim (Brown, 1977). Dakle, što je manja
vrednost SN, poželjniji je materijal za zatrpavanje. Sledi sistem ocenjivanja zasipa - nasipa
koji je predložio Brown (1977):

Grublji materijal uopšte čini bolji materijal za zasipanje, međutim, ako je veličina čestica
prevelika, može se zaglaviti između kratera i aparata za vibroflotaciju, sprečavajući ga da
dostigne željenu dubinu. Treba imati na umu da vibroflotacija uglavnom ne deluje za
površinske materijale (0,61 - 0,91 m tla) i umesto toga potreban je valjak da bi se postiglo
ekvivalentno zbijanje.

Osim toga, Kirsch i Kirsch (2010) je istakao da će to biti teško ili čak nemoguće zbijanje
tla sa koeficijentom uniformnosti (odnos D60 preko D10, gde je D60 je prečnik zrna na 60%
prolaza i D10 je prečnik zrna pri prolazu od 10%) manji od 2. To je zato što nizak
koeficijent jednoličnosti ukazuje da je tlo jednolično koje ima relativno jednoliku veličinu
čestica. Za ovu vrstu tla ne bi bilo dovoljno malih čestica da popune praznine između
velikih čestica. Nadalje, tlo sa visokim sadržajem liskuna ili karbonata takođe utiče na
efikasnost vibro-zbijanja, jer se liskuni lome pod zbijanjem i vlažila energiju zbijanja.

Vibroflotacija je tehnika za zgušnjavanje debelih slojeva rastresitih zrnastih naslaga tla.

Sl.553:- Oprema za vibroflotaciju - vibroflotaciona jedinica; faze zbijanja postupkom vibroflotacije
Range of SN Rating as backfill
0–10
10–20
20–30
30–50
>50
Odlicno-Izvrsno (Excellent)
Dobro (Good)
Fair
Loše (Poor)
Neodgovarajuće (Unsuitable)
Faza 1: Mlaz na dnu Vibroflota se uključuje i spušta u tlo
Faza 2: Mlaz vode stvara rastresito stanje u tlu.
Omogućuje vibracionoj jedinici da tone u tlo
Faza 3: Granulisani materijal sipa se sa vrha rupe.
Voda iz donjeg mlaza prenosi se u mlaz na vrhu
vibracione jedinice. Ova voda nosi granulisani
materijal kroz rupu
Faza 4: Vibraciona jedinica postepeno se podiže za
oko 0,3 m dizanja, vibriranje traje oko 30 sekundi pri
svakom podizanju. Ovim postupkom tlo se sabija do
željene jedinične težine.

415/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ova tehnika razvijena je u Nemačkoj 1930-ih godina za indenzifikaciju debelih slojeva
rastresitih zrnastih naslaga tla. Vibroflotacija je prvi put korišćena u Sjedinjenim
Državama oko 10 godina kasnije, 1940-tih. Proces uključuje upotrebu vibroflota (koji se
naziva vibracionom jedinicom), kao što je prikazano na slici 550 i 553. Uređaj je dugačak
oko 2 m. Vibraciona jedinica ima ekscentričnu težinu u sebi i može razviti centrifugalnu
silu. Težina omogućava jedinici da horizontalno vibrira. Otvori na dnu i na vrhu jedinice
su za mlaznice vode.

Vibraciona jedinica je pričvršćena na prateću cev. Na slici je prikazana oprema za
vibroflotaciju neophodna za zbijanje na terenu.
Vibroflotacija se uglavnom primenjuje u nekoherentnim tlima.Utiskivanje sonde
potpomognuto je horizontalnim vibracijama i vodom pod pritiskom.

Sl.555:- Raspored sondi za zbijanje kod vibro-flotacije.

Nakon što se dostigne željena dubina, sonda se podiže prema gore uz istovremeno
ispunjavanje bušotine materijalom sa površine (npr. šljunak) koji se takođe zbija
horizontalnim vibracijama. Na kraju dobija se stub od krupnozrnog materijala i zona
zbijenog prirodnog tla oko njega (sl.550, koraka - step 4).

Sl.555:- Grafikon razmaka kod vibro zbijanja

416/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 53 - POGODNA TLA ZA VIBRO ZBIJANJE / SUITABLE SOILS FOR VIBRO COMPACTION
Tip tla/Soil Type Efikasnost/Effectiveness Napomene /Remarks
Pesak sa < 5% sitnoće
Sand with < 5% fines
Odlično, izvrsno/Excellent
Potražite savet stručnjaka kada je kriva veličine zrna vrlo
strma; visok sadržaj karbonata i/ili tinjca.
Seek expert advice when grain size curve is very steep; high
carbonate and/or mica content.
Pesak sa < 10% sitnoće
Sand with < 10% fines
Dobro/Good
Uspeh zavisi od sadržaja gline (< 2-3%), oblika zrna, krive veličine
zrna, nivoa vode itd.
Success depends on clay content (<2–3%), grain shape, grain size
curve, water table, etc.
Pesak sa > 10% sitnoće
Sand with > 10% fines
Loše do marginalno/
Poor to marginal

Uspeh denzifikacije vibroflotacijom in situ tla zavisi od nekoliko faktora, od kojih su
najvažniji raspodela veličine zrna u tlu i priroda nasipa koji se koristi za popunjavanje
rupa tokom perioda povlačenja vibroflota.
Polje raspodele veličine zrna in situ tla označen kao zona 1 na slici 556 najpodniji je za
zbijanje vibroflotacijom.
Tla koja sadrže prekomerne količine sitnog peska i čestice veličine mulja teško se zbijaju;
za takva tla potreban je znatan napor da bi se postigla odgovarajuća relativna gustina
zbijanja. Zona 2 na slici 556 je približno donja granica raspodele veličine zrna za zbijanje
vibroflotacijom.

Naslage tla čija raspodela veličine zrna spada u zonu 3 sadrže značajne količine šljunka.
Za ta tla brzina prodiranja sonde može biti prilično spora, pa bi se zbijanje vibroflotacijom
moglo pokazati dugoročno neekonomičnim.

Sl.556:- Efektivni raspon raspodele veličine zrna u tlu za
vibroflotaciju

Vibro zbijanje je najefikasnije kod peskova,
prašinastih i šljunkovitih peskova sa manje od
20% sitnih frakcija. Najveći efekat se postiže kad
je sadržaj sitnih frakcija do 5%. Može se zbijati tlo do dubine i preko 50 m. Nedostatak
je što je potrebna specijalna oprema. Vrste tla koje se mogu poboljšati vibro zbijanjem
prikazane su na sl.558 (1-5).

417/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Ili:

Sl.557:-Uticaj tipa tla i granulometrijskog sastava na upotrebljivost postupka vibro tehnika (Izvor: Keller.)
Detaljnije...
Na slici 557 vidi se da se postupak dubinskog zbijanja-vibriranja ograničava na
nekoherentna tla, a postupak šljunčanih pilota se izvodi u svim tlima. Fluid koji pri
spuštanju struji kroz vrh omogućava bolju prodornost u dubinu. Postoji tehnika sa
vazduhom i sa vodom. Voda je efikasnija u zonama ispod nivoa podzemne vode.

1)

2)

418/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
3)

4)

5)

Sl. 558:- Vrste tla koje se mogu poboljšati vibro zbijanjem zone A,B,C i D

Postupak izrade šljunčanih stubova (sl.559) vrlo je efikasan i racionalan postupak,
potvrđen u primeni širom sveta. U Srbiji je tako izvedeno na desetine objekata i trenutno
se najviše objekata, ovom metodom, izvodi na Novom Beogradu. Slika 8: Tla pogodna za vibro zbijanje (Elias i sar. 2006)

Tla pogodna za vibro zbijanje
Tla pogodna za vibro zamenu
Šljunak/Gravel Pesak/Sand Mulj/Silt Glina/Clay
/ Veličina zrna, mm

419/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Njime se povećava čvrstoća novog tla (mešanog tla), smanjuju sleganja (ukupna i
diferencijalna), pojednostavljuje temeljenje u teškim uslovima i omogućava radijalno
dreniranje, što drastično ubrzava sleganje, detaljnije u delu „Izraba šljunčanih stubova
(pilota)“

Sl.559:- Izraba šljunčanih stubova (pilota) - metoda dodavanja suvog dna, utiskivanje, punjenje,
zbijanje, zaravnanje platoa valjanjem nasutog stuba.
Prečnik šljunčanih stubova (pilota) je 60-80 cm, na razmaku 1,5 - 2,0 m, uz maksimalne
dubine oko 20 m. Nosivost je oko 20-30 tona.

- Terenska ispitivanja: Vibro zbijanje

Sl. 560:- Šema rasporeda vibro sondi za terenska ispitivanja vibro zbijanja

Terensko ispitivanje:

- Mreža zbijanja od 2,6 m x do 10 m (primarna
mreža za DR = 80 - 90% od 5 - 10 m)

- Srednja tačka do dubine od 5 m (sekundarna
mreža za DR > 90% od 0 - 5 m).

- Dvostruka mreža sa 2 m ispune.

- Proizvodnja: 3.500 m²/mt po platformi u jednoj
smeni.

420/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 54 - Izmerena izazvana sleganja nakon VC/DC zbijanja

Tabela 55 - Izračunate relativne gustine nakon VC/DC zbijanja

1.6.7.3. Dinamičko zbijanje (Dynamic compaction) ili (dynamic deep compaction)

Dinamičko zbijanje ili dubinsko dinamičko zbijanje tla sprovodi se udarima tega težine
od 10 do 30 tona koji pada sa visine od 15 do 30 metara na pojedine tačke na površini
terena postavljene na međusobnom rastojanju od 2 do 6 m. Tehnika je jednostavna i
jeftina a primenjuje se za zbijanje zasićenih peskova i prašinastih peskova kao i delimično
zasićenog peska. Pogodna je za mnoga tla sa <15% sitnozrnih frakcija. Nedostaci su:
efektivna dubina zbijanja D ograničena na 10 m, potreban slobodan prostor oko
gradilišta, vibracije.

Sl. 561:- Mehanizam dinamičkog zbijanja
POSTUPAK ZBIJANJA (COMPACTION PROCEDURE)

421/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dinamičko zbijanje koristi se za propusne peskove, šljunkove i neplastične prašine - zona
1 na slici 551. Za zasićena tla ove zone udarci tega izazivaju uvećanje pornog pritiska
što dovodi do likvefakcije tj. gubitka kontakta između zrna. Nakon disipacije pornih
pritisaka dolazi do sleganja i zbijanja tla. Zbijeni ili čvrsti slojevi blizu površine mogu
ograničiti efekte dinamičkog zbijanja. Tla u zoni 2 mogu biti poboljšana dinamičkom
kompakcijom ali je potrebno više ciklusa udara i disipacije pornog pritiska. Upotreba za
nepropusna, plastična finozrna tla iz zone 3 nije preporučljiva.
- Velika energija zbijanja koristeći 18 tona x 22 m, visinu pada x 16 udaraca više od 2
glavne faze ukupne DC energije od oko 450 ton.m/m
2
uključujući i fazu “peglanja”.
- Proizvodnja: 7.500 m²/mt po platformi po smeni.

Sl. 562:- Grupisanje tla prema pogodnosti za dinamičko zbijanje
- Terenska ispitivanja: Dinamičko zbijanje

Mulj ili glina Šljunak
Pesak
Tla pogodna za poboljšanje
dinamičkim zbijanjem
Pl = 0
k > 10
-5
m/s
Tla poboljšana sa više
prolaza
Polupropusna tla
0 ‹ Pl ‹ 8
10
-5
>

k > 10
-8
m/s

k>10
-5
m/s
Ne preporučuje se
dinamičko zbijanje
Nepropusna tla
Pl > 8
k ‹ 10
-5
m/s

422/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 563:- Prikaz rezultata terenskog ispitivanja dinamičkog zbijanja

Dubina poboljšanja tla može se dobiti obrascem:
D
max
= n √&#3627408458;&#3627408443;
&#3627408474;&#3627408462;&#3627408485;
gde su:
Dmax - maksimalna dubina poboljšanja
W - težina malja - tega u tonama
H - visina pada tega u metrima
n - empirijski koef. u opsegu 0.3 do 0.8, za većinu vrsta tla je 0.5, za deponije 0.4

Stepen poboljšanja tla obično se meri pomoću SPT ili CPT testova koji se sprovode pre i
posle zbijanja. Najveće poboljšanje je na dubini od Dmax/3 do Dmax/2.
Sl.564:- Tipični poprečni presek efekta zbijanja maljem (ponderom - tegom)

Dinamičko zbijanje (DC) - Dubina tretmana
Donja slika sugeriše da bi se faktori “n” visoki 0,9 mogli primeniti na male dubine
rastresitog zrnastog tla (tipične vrednosti su niže) Normalna je procedura da se obrađeno
tlo ispituje tokom procesa zbijanja u kontrolne svrhe radi procene efikasnosti tretmana.
Ovo projektantu pruža sigurnost da će određeni nivo zbijanja postići stepen potrebnog
- Velika energija zbijanja koristeći 18 tona x 22
m visinu pada x 16 udaraca više od 2 glavne
faze ukupna DC energija od oko 450
ton.m/m2 uključujući i fazu “peglanja”.
- Proizvodnja: 7.500 m²/mt po platformi po
smeni.
Terensko ispitivanje:

423/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
poboljšanja. Ispitivanje kontrole kvaliteta tokom poboljšanja često uključuje testove
penetracije in situ (npr. CPT ili SPT) koji mogu biti deo završnog ispitivanja sigurnosti.

Sl.565:- Dinamičko zbijanje (DC) - dubina zbijanja i faktor “n”
Metode ispitivanja, učestalost ispitivanja i kriterijumi za prihvatanje treba da se dogovore
u fazi tendera. Na učestalost ispitivanja uticaće faktori specifični za svaki projekat, na
primer, varijabilnost tla pre tretmana, priroda konstrukcije koju treba podržati i njena
osetljivost na pokrete nakon tretmana.
Uticaj energije na mestu tretmana je presudan u dubinskom zbijanju a povećanje visine
pada povećaće brzinu. Modifikacija nivoa energije na svakom prolazu za zbijanje može
se koristiti za prilagođeno projektovanje i šeme tretmana za određeni profil tla i
inženjerski zahtev.
- Važno je potpuno razumeti zahteve projekta
- Važno je razumeti metodologiju poboljšanja tla i specifične prednosti i ograničenja
- Dinamičko zbijanje može biti vrlo efikasno u zrnastim tlima
- Visoka energija
- Niska energija
- Dinamičko zbijanje može se oprezno koristiti u kohezivnim tlima i tlima sa organskim
slojevima
- Učinci buke i vibracija različitih tehnika poboljšanja tla moraju se uzeti u obzir i kako
se njima može upravljati
- Nove tehnologije nude veće mogućnosti i nepoznate rizike.
Energija zbijanja nanosi se na tlo u nekoliko udaraca za svaki položaj udara i u nekoliko
prolaza, prateći unapred podešenu mrežu (obično kvadratnu mrežu), podeljenu na
primarnu mrežu (P) i sekundarnu mrežu (S).
- Radi se sistematski u pravougaonim ili trouaonim uzorcima u fazama
- Svaka faza može proći; primarni, sekundarni, tercijarni, itd.
• Razmak između tačaka udara zavisi od:
- Dubine stišljivog sloja,
- Propusnosti tla,
- Lokacije nivoa podzemne vode.
• Dublji slojevi su zbijeni na širem razmaku mreže, gornji sloj je zbijen bližim razmakom
mreže.
• Zbijanjem (tampovanjem) nastaju duboki krateri.
• Krateri se mogu napuniti peskom nakon svakog prolaska.
• Obim oko kratera je uglavnom mali.
Tipični rasporedi bušotina pokazani su na donjim slikama.

424/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 56 - Grupe tla (obično) pogodne za obradu dinamičkim zbijanjem
(Soil groups (typically) suitable for treatment by Dynamic Compaction)
Opšti tip tla (General Soil Type)
Stepen zasićenja
(Degree of Saturation)
Pogodnost za DC (Suitability for DC)
Granular deposits in the grain size range of
boulders to sand with 0% passing the 0.074 mm sieve
Visoka ili niska
(High or Low)
Odlicno - Izvrsno (Excellent)
Granular deposits containing not more than 35% silts
High Dobro (Good)
Low Odlicno - Izvrsno (Excellent)
Semi-permeable soil deposits, generally siltysoils
containing some sands but less than 25% clay with PI<8
High (Fair)
Low Dobro (Good)
Impermeable soil deposits generally clayey
soils where PI>8
High Ne preporučuje se (Not Recommended)
Low
Fair-minor improvements water content should
be less than plastic limit
Miscellaneous fill including paper, organic
deposits, metal and wood
Low
Fair-long term settlement anticipated due to
decomposition. Limit use to embankments
Highly organic deposits peat-organic silts High
Not recommended unless sufficient energy
applied to mix granular with organic soils

Foto snimak na lokalitetu, tačka udara
DC:osnova i poprečni presek
Raspored tačaka udaranja za različite
faze zbijanja

Sl.566:- Kvadratna šema dubinskog zbijanja u dva ili tri prelaza
REZULTATI NAKON ZBIJANJA
RESULTS AFTER COMPACTION
Dinamičko zbijanje (DC) neinženjerskog peska u Al Quo’a, UAE











Razmak između tačaka udara zavisi od: Spacing between impact points depend upon:
a. Dubine stišljivog sloja
b. Propusnosti tla
c. Lokacije nivoa podzemne vode
a. Depth of compressible layer
b. Permeability of soil
c. Location of ground water level

Šema tačaka udara-mreža:
- primarna mreža (P) i
- sekundarna mreža (S)

425/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.567:- Zbijanje rastresitog peska preko sloja kamena ispod vode i tamper za zbijanje pod vodom

Koju metodu upotrebiti, VC ili DC ?

Tabela - Izmerena sleganja nakon VC/DC zbijanja

Tabela - Izračunate relativne gustine nakon VC/DC zbijanja

426/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.568:-Koju metodu zbijanja upotrebiti - uporedni rezultati dubine zbijanja raznim metodama zbijanja
1.6.7.4. Brzo zbijanje udarom (Rapid Impact Compaction - RIC)

Brzo udarno zbijanje - Rapid Impact Compactor (RIC) je inovativna metoda na polju
tehnika površinskog i dubokog zbijanja.
Brzo udarno zbijanje je dinamički uređaj za zbijanje zasnovan na tehnologiji čekića za
nabijanje stubova koji se koristi za povećanje nosivosti tla putem kontrolisanih udaraca.
Ova tehnika poboljšanja tla, koja se povezuje sa dinamičkim zbijanjem, naziva se „Brzo
udarno zbijanje“. Opšta ideja ove metode je da se padajući teg spušta sa relativno male
visine na poseban sklop stopala većom brzinom, dok stopalo stalno ostaje u kontaktu sa
tlom.
RIC je izveden iz uređaja za zbijanje avionskih pisti, koji je prvobitno razvio početkom
1990. godine BSP International Foundations Limited u saradnji sa britanskim
Ministarstvom odbrane kao sredstvo za brzu popravku kratera od bombi na pistama
aerodroma. Naknadna istraživanja građevinskog zavoda dovela su do razvoja i dizajna
civilne varijante postavljene na bager ili kran guseničar, koja je modifikovana verzija
hidrauličnog čekića BSP 357. Tako je tehnika brzog udara mogla poravnati nastali krater
zbijanjem površine valjcima, vibracionim metodama i konvencionalnim dinamičkim
zbijanjem (vidi sliku).

Sl.569:- Uređaj za brzo udarno zbijanje i šeme dejstva talasa RIC zbijanja
D
max
= n √&#3627408458;&#3627408443;
&#3627408474;&#3627408462;&#3627408485;

427/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
RIC je tehnika poboljšanja tla koja se sastoji od hidrauličnog podizača hidrauličnog
čekića od 9-16 tona montiranog na bager, a zatim pušta u slobodan pad, isporučujući tako
energiju za raspoređivanje čestica tla u gušće stanje.

RIC je i tehnika zgušnjavanja i ojačanja, koja koristi isti princip kao i Dynamic
Compaction (težina ispuštena u tlo da bi se zgusnulo), ali na kontrolisaniji način (manja
visina, manja težina, ali brža). Sa jedne strane, to je tehnika za zgušnjavanje jer preuređuje
čestice tla u gušće stanje. Sa druge strane, to može biti i tehnika ojačanja. U kombinaciji
sa zamenom tla ili zatrpavanjem kamenom na mestu udara, razvija ojačane stubove koji
se grade i zbijaju ovom metodom, čime se povećava nosivost,

Brzo udarno zbijanje - RIC koristi se za poboljšanje karakteristika širokog spektra
rastresitog tla i ispuna do dubina od 1 do 6 m, uključujući male površine. Samim tim,
- kompaktnost pakovanja (N vrednosti),
- krutost tla (modul tla, modul reakcije podloge),
- nosivost (ugao trenja, kohezija),
- ponašanje sleganja,
- ujednačenost parametara tla,
- identifikovane slabe zone mogu se poboljšati.
RIC tehnika je najpogodnija za rastresiti srednje do grubozrni pesak sa učešćem finih
frakcija manjim od 15% - mulja/ gline manjim od 15 - 20% (manje efikasan sa učešćem
sitnih delova između 20% i 25%). Dubina poboljšanja u velikoj meri zavisi od stanja tla.

Brzo udarno zbijanje koristi se za zbijanje peskovitog tla sa procentom finih frakcija
manjim od 15%.
Omogućava poboljšanje do dubine koja je veća nego kod površinskog zbijanja a manja
nego kod dubokog dinamičkog zbijanja. Udarno zbijanje postiže se pomoću čeličnog
malja težine od 9 do 16 tona koji pada sa visine od 1.2 do 1.5 m na čelično postolje (stopu,
kapu) prečnika od 1.5 do 2.6 m. Broj udaraca je od 40 do 80 u minuti. Uobičajena dubina
uticaja kreće se od 4-6 m, maksimalno do 9 m, tj. može se primeniti na dubinama do 5-6
m sa čekićima od 9 tona i do 8-9 m sa čekićima od 16 tona.

Sl.570:- Tehnika zbijanja brzim udarcima: nabijač za brzi udar (levo), udarna noga sa poklopcem za
vožnju (sredina gore), tačke zbijanja (sredina dole), šema rasporeda udarnih tačaka (sredina) i
šematizirani postupak zbijanja (desno). (http://cofra.com/activities/rapid-impact-compaction/)

Pozicije udara su na međurastojanju od 1.5 do 3.6 m. Vibracije su ograničene na 20
mm/sek na rastojanju od 15 m, odnosno rastojanje nakon koga ne treba meriti vibracije
je od 5 do 6 m. Proces zbijanja se sprovodi dok se sa povećanjem broja udara postiže vrlo
malo prodiranje čelične stope. Parametri zbijanja i odgovor tla se proveravaju na probnom
polju.

428/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Neke ključne tehničke karakteristike RIC opreme:

Tab.57- Dubina zbijanja razih metoda dinamičkog zbijanja.

Sl.571:-Tehnike zbijanja - poređenje dubine
zbijanja (Adam i Furpass, 2007).

Poređenje RIC-a sa drugim metodama
dinamičkog zbijanja s obzirom na dubinu
zbijanja dato je na slici 571 i u tabeli 57. Dakle, čini se da je brzo zbijanje posebno
usmereno na brzi tretman velikih i malih površina gde je dubina tretmana od 3 do 10 m,
jer se pokazalo efikasnim i ekonomičnim u ovom opsegu dubine.

Sl.572:-Vibracije tla izazvane RIC-om u poređenju sa dubokim dinamičkim zbijanjem (Adam i Furpass,2007).

Sl.573: Dubina tretmana pomoću RIC metode
• Obično se koriste tegovi sa padom od 5,7 ili 9
tona (zavisno od veličine).
• Visina pada težine može se podesiti pomoću
računara u kabini do 1,2 m.
• RIC utiče na tlo brzinom od 40-60 (80) udaraca
u minuti.
• Energija se prenosi u tlo kroz čeličnu „nogu“
prečnika 1,5 m koja leži na površini tla.

429/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Faktori koji utiču na efikasnost svih metoda zbijanja razmatranih u ovom radu, a prikazani
su kroz opise i rezultate terenskih ispitivanja.
Na efikasnost metode utiču sledeći faktori:
• Vrsta tla:
- Tla bez kohezije se lakše zgusnu od kohezivnih.
- Prisustvo mulja/sitnog peska smanjuje dubinu i efikasnost.
• Podpovršinska stratigrafija:
- Podzemne prepreke smanjuju efikasnost zbijanja.
- Gusti/meki slojevi inhibiraju (sprečavaju - koče) zbijanje slojeva ispod.
• Nivo podzemne vode/sadržaj vlage:
- Prekomerni porni pritisak treba da se rasprši.
- Zasićeno tlo može se rastopiti (pretvoriti u tečnost - likvefakciju).
- Površinski slojevi suvih struktura mogu se smicati.
• Dubina i debljina stlišljivog sloja:
- Diktira razmak mreže i broja udaraca.

RIC se uspešno koristi za konsolidaciju šljunka, peska, mulja, raznih peskova/mulja/gline
i industrijskog i rudarskog otpada. Može se primeniti:
- za površinsku konsolidaciju koja završno obrađuje gornje slojeve nakon tradicionalnog
dubokog dinamičkog zbijanja,
- da podrži temelje povećanjem nosivosti i smanjenjem sleganja,
- da podrži podnu ploču učvršćivanjem tla i stvaranjem jednoobraznih uslova nošenja,
- za ublažavanje raskvašivanja - likvefakcije povećanjem modula smičućeg talasa i
- da stabilizuje otpad.

Način efikasnog pokrivanja tla (raspored udarnih tačaka) razlikuje se od zemlje do
zemlje. Uobičajeni obrazac koji se koristi za pokrivanje koristi stazu u tri prolaza (vidi
dijagram, sl. 574). Prvo se zbijaju spoljne (crne) tačke, a zatim srednje (narandžaste) i na
kraju položaji za punjenje (plave). To ima za posledicu postizanje najbolje dubine uticaja.
Prvi prolazak koji tlo čini dubljim od drugog.

Sl.574:- RIC - način efikasnog pokrivanja tla (raspored udarnih tačaka)

Vibracije na tlu mogu nastati raznim građevinskim aktivnostima kao što su zbijanje
valjkom, miniranje, drugim zbijanjem ili generisati i pokretnim vozilima i tsl. Dinamički
efekti takvih vibracija mogu stvoriti neke značajne probleme okolnim strukturama. RIC

430/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
tehnika generiše površinske talase sa frekvencijama između 2 i 20 Hz. Dominantna
frekvencija vibracija tla se menja u granicama od 3 -12 Hz (Mitchell 1981; Mayne 1985).

Površinski talasi koji se nazivaju Rayleigh-ovi talasi, šireći se velikom energijom u tlo od
izvora vibracija do susedne zgrade, podzemne komunalne infrastructure, glavne su
vibracije koje se moraju proučavati u RIC-a.
Amplituda tih talasa smanjuje se sa povećanjem udaljenosti od tačke zbijanja (RIC-
baterija se smatra izvorom vibracija) zbog rasipanja energije u samom tlu.

Brzina se meri u tri pravougaona smera, naime radijalni (x), poprečni (y) i vertikalni (z).
Granična veličina brzine VR, max [mm/s] za vreme jednog događaja definiše se kao
kvadratni koren zbira kvadrata odgovarajućih komponenata brzine Vx, Vy i Vz.

VR.max =√&#3627408457;
&#3627408485;
2
+&#3627408457;
&#3627408486;
2
+&#3627408457;
&#3627408487;
2
&#3627408474;&#3627408462;&#3627408485;

Prema britanskom standardu BS 7385: 2-1993, nekoliko faktora može uticati na reakciju
objekta na vibracije koje se prenose sa tla, kao što su: tip temelja, uslovi tla i interakcija
između njih; tip strukture, uključujući prirodne frekvencije, način rada, oblik i prigušenje;
pojedinačne komponente zgrade kao što su podovi, grede ili spratovi i strukturni sistemi;
veličina i starost zgrade; osetljivost zgrade.
Sl.575:- Granična magnituda brzine VR, max kao funkcija udaljenosti od tačke udara. Odnos graničnih
brzina čestica i skalirane udaljenosti RIC sa čekićem od 16 tona.
Napomena:
Ovde je dat osnovni obrazac brzine talasa nastalih od udarnog dejstva mašina (uređaja)
za zbijanje tla. Detaljniju razradu daju stručnjaci za seizmičko inženjerstvo.

RIC se može kombinovati sa drugim metodama - teškim zbijanjem (Heavi Tamping) gde je
dubina ispune velika, sa kamenim stubovima na strateškim temeljnim tačkama, mešanjem
kreča na glinovitom tlu ili sa denzifikacijom eksplozivom. Takođe može dopuniti tehnike
iskopa i zamene, dopunjavanje ili prolaz valjanjem tradicionalnog dinamičkog zbijanja.

Ostale aktivnosti mogu se odvijati u neposrednoj blizini; budući da ploča za zbijanje
ostaje na tlu tokom postupka zbijanja, ne postoji rizik od letećih otpadaka i opasnost od
pada tereta kao kod konvencionalnog dinamičkog zbijanja - DC.

431/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Generalne karakteristike i izgled RIC uređaja za zbijanje tla

Foto snimak na lokalitetu - udarne
tačake u osnovi kod RIC metode zbijanja
tla.

Sl.576:- Neke karatkteristike RIC uređaja i slika kratera nastao dejstvom ovog uređaja

Brzo zbijanje udarom pruža tehnički ispravnu i ekonomičnu metodu za poboljšanje
nosivosti širokog spektra rastresitih tla i ispuna. Brzo zbijanje udarom može se koristiti
samostalno na nekim vrstama naslaga (efikasan tretman u gornjim slojevima obično do 6
m dubine) ili u kombinaciji sa drugim tehnikama poboljšanja tla, npr. Deep Dinamic
Compaction, gde dubina slojeva ili veličine zrna dosta utiču. Zahvaljujući brojnim
prednostima, npr. kontrola zbijanja putem računara na mašini, rad na sigurnom,
osiguranje kvaliteta, svestranost i brzina, sistem brzog zbijanja postaće dobro upotrebljen
u polju dinamičkog zbijanja. Dalja istraživanja, uključujući teorijske, numeričke i
praktične studije, ipak su od suštinskog značaja za unapređenje inovativnog sistema
zbijanja - RIC-a.

1.6.7.5. Zbijanje valjkom visokog udara

Dinamičko zbijanje kotrljanjem (Rolling dynamic compaction - RDC)

Dinamičko zbijanje kotrljanjem (RDC) ili visokoenergetsko zbijanje HIRC je takođe
"dinamička" tehnika zbijanja koja se sastoji od trougaonog, pravouganog ili šestouganog
"točka" (obično između 8 i 12 tona) postavljenog na prikolicu koju vuče traktor
konstantnom brzinom, čineći nekoliko prolaza preko tla koje treba zbiti. Učinak brzine u
kombinaciji sa "promenama" nepravilnog "točka" stvara efekat mahanja koji zgušnjava
čestice tla.

Za razliku od principa pada težine sa visine (tj. dinamičkog zbijanja i zbijanja velikim
udarima) težina“ HIRC-a se „izvlači“ iz traktora, čineći svaki zaokret „točkom“
neobičnog oblika talasom energetskog udara u tlo, a time i zbijanje tla.

Dakle, dinamičko zbijanje kotrljanjem (RDC) ili visokoenergetsko zbijanje (HEIC)
uključuje prenos energije zbijanja u tlo pomoću pokreta podizanja i pada ne-kružnih
rotirajućih masa. Rotacija takvih masa do njihove najviše tačke rezultuje efikasnim
nakupljanjem potencijalne energije, a daljnje okretanje tih masa rezultuje pretvaranjem
ove potencijalne energije u padajuću kinetičku energiju. Količina prenesene energije usko
je povezana sa količinom potencijalne energije koja se stvara u procesu dizanja. Udarno
zbijanje je zato postupak kontinuiranog prenošenja udarnih opterećenja sličnih onima
koja se nalaze u dinamičkom zbijanju.

432/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Veći površinski kontaktni pritisak povezan sa relativno velikom kontaktnom površinom
dovodi do znatno veće dubine uticaja. Boussinesq jasno pokazuje da je za tačkasto
opterećenje na površini raspodela napona u dubini veća kako se površina kontakta
povećava.

Sl.577:- Poređenje tri različita tipa metodom
površinskog zbijanja za trougaoni i petougaoni
valjak (Menge 2007)

Sl.578:- Četvorostrani udarni valjak od 8 tona (BH-1300) na mestu opsežnog istraživanja

Poboljšanje tla se obično meri na efektivnim dubinama od 1,5 - 3,0 m

Tehnika zbijanja visokog uticaja valjanja primenjiva je za pesak sa učešćem sitnih čestica
ne većom od 10%, ali se takođe može koristiti (sa manje efikasnosti) sa nešto većim
učešćem sitnih delova.

HIRC ima ograničenu dubinu poboljšanja na gornjih1,5 m do 2,0 m.
Idealno se primenjuje kao dopuna drugim metodama dubokog zbijanja poput VC ili DC,
koje su siromašne zbijanjem površinskih tla. Dubina zbijanja manja je od dinamičkog
zbijanja ili brzog zbijanja. Zato se HIRC smatra površinskom metodom zbijanja.

Dinamičko zbijanje kotrljanjem (RDC) daje energiju tlu upotrebom teškog nekružnog
modula koji utiče na tlo. Da bi se izmerili efekti RDC-a, ispitivanje se obično provodi pre
i/ili nakon zbijanja kako bi se utvrdilo da li su ispunjeni projektni zahtevi. Međutim, ova
ispitivanja su skupa i duga i ne uspevaju iz malobrojnih ispitivanja jednog modula. Opitno
istraživanje četverostranim udarnim valjkom od 8 tona (sl. 578 i 579) zbio je homogeni
materijal u koji su postavljene ispitne ćelije zemaljanog pritiska i akcelerometri na dubini
od 0,7 m za hvatanje reakcija tla u stvarnom vremenu na RDC ispod površine.

433/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.579:- Rezultati opita četvorostranim udarnim valjakom od 8 tona (BH-1300) na mestu istraživanja
Sl.580:- Z- ubrzanje i Z- pomeranje sa vremenom i krive sila-pomeranje za uzastopne prolaze (1-10)

Veće brzine rada od 10 - 13 km/h i povećana dubina uticaja rezultuju povećanom
produktivnošću - do 10 puta većom zapreminom od uobičajenih metoda. Kontaktni
naponi izmereni tokom merenja udara između 300-1200 kPa, zavisno od stanja materijala
i tla, što se izjednačava sa tipičnim opterećenjima zbijanja između 120-250 tona.
Dinamička opterećenja su kontinuirana, pokrivenost zbijanja je 100%, bez
„premošćujućeg efekta“ uz veliko kontaktno područje.
• Pritisci do 1100 kPa izmereni su na dubini od 0,7 m ispod površine tla.
• Izmereno je da se dinamičko opterećenje i rasterećenje tla dešava približno tokom
trajanja 0,05 sekundi.

434/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 581:- Vrste tla koje se mogu
poboljšati RDC ili HEIC metodom
zbijanja

Upoređene nekih metoda zbijanja:

Sl.582:- Neke karatkteristike RIC uređaja i slika kratera nastao dejstvom ovog uređaja
Primena
- Ekonomičan i brz način zbijanja velikih površina tla pri čemu se gornjih 1,5 do 2,0 m mora
zbiti u jednom prolazu u odnosu na zbijanje po slojevima.
- Primenjuje se kao tehnika zbijanja površinskih tla ,komplementarna sa VC i DC u projektima
melioracije, zgradama, na kopnu i u moru, cevovodima, putnim i železničkim nasipima, elektranama,
infrastrukturi uopšte.
Prednosti
- Brzo, relativno jeftino u odnosu na zbijanje po slojevima.
- Ne zahteva višestruko podizanje materijala za postavljanje materijala, može sabiti jedan sloj do 1,5-
2,0 mt u jednom prolazu.
Nedostaci:
- Ograničeno na dubinu poboljšanja od 1,5 do 2,0 m (maksimalno).
- Nije namenjeno manjim projektima (manje od 1 Ha) jer zahteva određenu brzinu i ciklus petlje.

1.6.7.6. Krute inkluzije - Rigid Inclusions (RI)

Krute inkluzije odnose se na upotrebu polukrutih ili krutih integrisanih stubova ili tela u
mekom tlu za globalno poboljšanje performansi tla kako bi se smanjilo sleganje i povećala
nosivost tla. U širem smislu, kameni stupovi, SCP i GCC su vrste krutih inkluzija. Tehnika
se sastoji od povezivanja mreže vertikalnih krutih inkluzija (RI - obično od betona),
primarno instalisanih pomoću alata za pomeranje (svrdla) sa zrnastim zbijenim slojem
(platforma za prenos tereta - LTP). Zajedno sa okruženjem tla, inkluzije i platforma za
prenos tereta stvaraju sistem za poboljšanje tla za sve vrste građevina, od zgrada, nasipa,
MSE zidova, ploča, splavova, do rezervoara i još mnogo toga.

435/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Međutim, oni su u ovom radu tretirani odvojeno, jer su materijali koji se koriste za te
stubove (pesak, granulat ili kamenje) rastvoreni, a stvoreni stubovi ne mogu izdržati bez
bočne podrške-potpore tla. Metoda krutih inkluzija slična je upotrebi stubova (šipova).
Međutim, čvrstoća i krutost krutih inkluzija obično su mnogo manji od stubova,
uglavnom iz ekonomskih razloga. Mehanizmi su takođe prilično različiti.
Kruta inkluzija koristi se uglavnom za smanjenje globalnih i diferencijalnih sleganja
smanjenjem opterećenja koja podnosi meko tlo (obično između 60 i 90%), umesto da se
celo opterećenje prenese na tvrđi završni sloj tla kao u slučaju nasipa, povećava
dozvoljenu konstruktivnu nosivost, a u nekim slučajevima ublažava likvefakciju.

Iz tog razloga tlo sa krutim inkluzijama u nekim zemljama naziva se i kompozitnim
temeljem. Iako upotreba krutih elemenata za ojačavanje mekog tla nije nova ideja, ona je
tek široko predstavljena na severnoameričkom tržištu pre otprilike 15 godina i široko je
prihvaćena poslednjih nekoliko godina. Sada se uspešno koristi u celoj zemlji za vrlo
različite vrste profila i strukture tla. Intenzivno se koristi i u Evropi, Aziji i SAD-u. Pruža
jedno rešenje za zadovoljavanje potražnje za „većim, dubljim i višim“, kako je izjavio
predsednik Američke institucije dubokih temeljenja (DFI). Postoje mnoge vrste krutih
inkluzija koje se mogu koristiti za jačanje mekog tla. Vrlo često se koristi platforma za
raspodelu tereta zajedno sa krutim inkluzijama ispod jednolično opterećenih konstrukcija
poput nasipa i ploča.

Dakle, to je inovativna metodologija sa potencijalom za ublažavanje likvefakcije
(raskvašivanja) a efekti ugradnje za instalaciju su od ključne važnosti za densifikaciju
zgušnjavanje tla. Efekti instalacije kritični su za zgušnjavanje tla.

Injekcione mase ili cementni agregatni elementi koji se koriste za ojačavanje mekog tla
imaju zadatak:
- smanjiti sleganje i
- povećati nosivost.

Vrsta i nazivi izvedenih elemenata:
- Stubovi upravljanog modula - Controlled Modulus Column (CMC)
- Injektirani stubovi udarom - Grouted Impact Piers (GI)
- GeoBetonski stubovi - GeoConcrete Columns (GCC)
- Injektiranje tla na mestu elementi poboljšanja-Cast-in-place Ground Improvement Elements (CGE)
- Stubovi kontrolisane krutosti - Controlled Stiffness Column (CSC)
- Povećana injekciona masa stubova (APGC)
- Stubovi od injektirane mase pod pritiskom - Augered Pressure Grout Column (APGC)
Krute inkluzije metodama bušenja istiskivanjem naslaga (DDP)
Prenos opterećenja kroz slabe slojeve u čvrsti sloj ispod:
→ opasnost od ispupčenja za stubove agregata
→ opterećenje može delimično nositi tlo
→ projekat osnove plitkog širenja
- nema strukturnih veza sa elementima

• Potencijal za zgušnjavanje u rastresitim zrnastim tlima ako je brzina
prodiranja dovoljna i odgovarajuća geometrija svrdla.
• Probijanje tvrdih slojeva je moguće.
• Visoke stope izrade.
• Upotreba betona (obično 5 do 15 MPa) održava modul stubova vrlo postojanim.

436/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
• Prečnici stubova:
- 450 mm do 900 mm za tehnike bez pomeranja - premeštanja (uklanjanja)
- 360 mm do 450 mm za tehnike bušenja sa pomeranjem - premeštanjem (uklanjanjem)
• Dubina stuba: obično do 25 m, veće dubine su moguće, zavisno od veličine bušotine,
svojstvava tla, raspoložive tehnike...

Sl.583:- Šema izrade stubova ojačanja tla RI metodom - kreću se od 0.305 - 0.457 m (12-18 inča)

Sl.584:- RI alati za istiskivanje-premeštanje materijala kod ovog poboljšanja tla

Sl.585:- Prikaz alata za RI zbijanje tla - svrdla (puževi) i formiranje bušotine

Tabela 58 - tipična oprema i uređaji RI metode poboljšanja tla
Tipična RI oprema
(vibraciona metoda)
Tipična RI oprema
(Metoda istiskivanja svrdlom - „pužem“)
Tipična RI oprema
svrdlo „puž“

RI alati:
Prednosti alata za premeštanje tla (uklanjanje):
- Povećava bočni napon ispod površine
- Proizvodi lokalno zgušnjavanje zrnastih tla
- Generišu male lomove tla (oštećenja)

437/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Projektovanje krute inkluzije (Rigid Inclusion Design)

Projektovanje sistema za poboljšanje tla sa čvrstom inkluzijom zahteva sledeće
komponente:
- strukturni kapacitet krutog inkluzionog elementa,
- geotehnički kapacitet,
- mehanika platforme za prenos tereta i
- ukupno sleganje sistema.

Sl.586:- Projektovanje krute inkluzije - upoređenje nekih metoda

Geotehnički i strukturni kapacitet

Interakcija opterećenja-izvijanja između tla i RI:
- Negativno i pozitivno trenje obima su funkcije RI, tipa tla, razmaka, LTP svojstava
- Tradicionalne metode dubokog temelja su neadekvatne.

Za preliminarne i konzervativne procene:
- Poglavlje pomeranja stubova - pilota, FHWA kružni piloti od Augercast,GEC br. 8 (2007)
- Metode dubokog temeljenja zasnovane na SPT, CPT, φ, Su, dubini...
- Strukturni kapacitet: q
dozvoljeno
= 0.3&#3627408467;
&#3627408464;
,

Izgradnja krute inkluzije:
1. Radna priprema i kontrola platforme
2. RI se instaliraju metodom pomeranja elementa i grupišu se pri povlačenju alata.
3. Vrhovi RI-a se spuštaju (po potrebi).
4. Platforma za prenos tereta (LTP) instalira se prema projektnom rešenju.

Primer: - Stubovi upravljanog modula - Controlled Modulus Column (CMC)
CMC metodu razvio je Menard 1994. godine. CMC se izrađuju pomoću posebno
dizajniranog svrdla (puža) sa opremom velikog kapaciteta obrtnog momenta i
velikog statičkog potiska prema dole. Svrdlo istiskuje tlo bočno, gotovo bez loma
(oštećenja) ili vibracija, stvarajući rupu.
Svrdlo se uvrće u tlo do potrebne dubine što povećava gustinu okolnog tla i kao
rezultat povećava njegovu nosivost. Tokom postupka ekstrakcije svrdla kroz sredinu
šupljeg puža pumpa se obradiva injekciono-cementna smesa. Zatim se cementna
smesa istiskuje pod malim pritiskom (obično manji od 5 bara) iz baze puža dok se
uvlači. To rezultuje stubom velikog kapaciteta koji se može koristiti u neposrednoj
blizini osetljivih struktura. Prečnik stuba je od 250 do 450 mm. Čvrstoća stupova
može se kontrolisati promenom jačine injekcione mase.
Tlo i cementni stubovi čine složeni temeljni sistem...

438/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.587:- Geotehnički i strukturni kapaciteti - interakcija opterećenja-izvijanja između tla i RI

Pregled faza ugradnje - izvođenja RI sistema, slika 588.

Sl.588:- Pregled faza ugradnje - izvođenja RI sistema

Generalno izvodi se metodama pomeranja - premeštanja ta.

Krute inkluzije (RI) uglavnom su nearmirani betonski stubovi koji se koriste u
mekim/vrlo rastresitim profilima tla ili na taj način imaju debele organske slojeve. Sada
se uspešno koristi za vrlo različite vrste profila i strukture tla.

Tipični prečnici - kreću se od 0.305 - 0.457 m (12-18 inča) i uvek imaju agregatnu
podlogu između vrha RI i dna podnožja.
Statičko zbijanje:
- Vibracioni valjci mogu oštetiti RI elemente.
Izbegavajte potrebu za iskopavanjem oko elemenata RI jer:
- nije ojačan,
- lako se lomi,

1.
Radna
priprema i
kontrola
platforme
2.
RI se instaliraju
metodom pomeranja za
pomeranje elementa i
grupišu se pri
povlačenju alata
3.
Vrhovi RI-a
spuštaju se
(po potrebi)
4.
Platforma za prenos
tereta (LTP) instalira
se prema projektu
1 2
4
3

439/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- ostavite malo niže u tlo kad je to moguće i zaspite kamenom.

Sl.589:- Sastavni delovi koncepta poboljšanja tla sa krutom inkluzijom (ASIRI, 2012).

Izvode se slično dubinskom vibriranju, samo što se u tlo unosi šljunak. Cev za vibriranje
utiskuje se u tlo i od dna na gore u etažama ispušta šljunak koji zbija svojom težinom i
vibracijom. Time se osnovno tlo zbija a šljunak postiže dobru gustinu i čvrstoću. U
šljunak se može uvesti i cementno vezivo, tako da se dobiju vrlo nosivi stubovi (piloti).

1.6.7.7. Vibro zamena - šljunčani stubovi (piloti, šipovi) (stone columns)

Vibro zamena deluje na isti način kao i vibro zbijanje, s tim što se pomereno tlo usled
vibracija zamenjuje šljunkom. Cev za vibriranje utiskuje se u tlo i od dna na gore u
etažama ispušta šljunak koji zbija svojom težinom i vibracijom. Time se osnovno tlo zbija
a šljunak postiže dobru gustinu i čvrstoću. U šljunak se može uvesti i cementno vezivo,
tako da se dobiju vrlo nosivi stubovi (piloti). Vibro zbijanje nije mnogo efikasno na tlima
sa visokim sadržajem gline i mulja. U glinovitom i muljevitom tlu šljunčani stub je
najisplativije rešenje za poboljšanje tla. Šljunčani stubovi izrađuju se postavljanjem
šljunka na mesto vibro zbijanja tokom celog procesa prodiranja vibro sonde. Šljunak se
kroz sondu nosi do potrebne dubine. Vreme stajanja omogućava šljunku da se proširi,
stvarajući šljunčani stub i zbijajući tlo oko stuba.
Ovi šljunčani stubovi deluju kao vertikalni elementi sa zbijenim tlom oko sebe.

U svim tehnikama izvođenja smisao je da se postigne:
1. zbijanje okolnog tla;
2. punjenje nastalog prostora nekoherentnim tlom veće propusnosti od okolnog tla.

Osnovno je da se ugradnja vrši uporedo sa dubinskim vibriranjem te se na taj način zbija
okolno tlo, ali se zbija i ugrađeni kameni agregat i postižu značajni učinci.
Terminologija za tehnike vibro zamene kamenih stubova nije se uvek primenjivala
dosledno, a neki pokušaji da se to reši mogu se naći u BRE dokumentu BR 391,
specifikacija - podela kamenih stubova vibro zamenom (2000). Ova podela koristi
pojmove koji odražavaju osnovne principe dodavanja materijala sa gornje ili donje strane
kako bi se opisao način snabdevanja kamenim agregatom, a mokri ili suvi za opis medija
za „kvašenje“.

440/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.590. - Opšta šema postupaka izrade šljunčanih (kamenih) stubova i sonda za izradu istih

Ovo je dovelo do sledeće terminologije u Velikoj Britaniji:
- Kameni stubovi formirani metodom mokrog punjenja sa vrha (Wet-top feed)
- Kameni stubovi formirani metodom punjenja sa dna - suvog dna "Dry-bottom feed"
- Kameni stubovi formirani metodom punjenja sa vrha - suvog vrha "Dry-top feed"

Izrada šljunčanih stubova je jedna od metoda poboljšanja svojstava odnosno povećanja
gustine tla. Njome se lako može izbeći skupa zamena materijala, pogotovo kada su u
pitanju velike dimenzije objekata. Šljunčani stubovi smanjuju opasnost od likvefakcije,
što je za trusna područja od velikog značaja. Potrebno je izraditi proračunski model kojim
će se, na osnovu parametara prirodnog i poboljšanog tla (iz SPT‐opita), definisati količina
materijala (šljunka) za poboljšanje. Ta količina šljunka biće ugrađena tehnikom zbijanja
u obliku stubova određenih dimenzija i rastojanja.

Sl.591:- Cev za vibriranje (sonda) u akciji

Sl.592. - Primena metode pboljšanja tla - izrada šljunčanih (kamenih) stubova
Ugradnja šljunčanih stubova (pilota, šipova) je odavno poznat način poboljšanja
temeljnog tla. Izvodili su se nekom od tehnika za izvođenje stubova, s tim da je umesto
betona u tlo ugrađen šljunak. Nove tehnologije znatno su proširile mogućnosti izvođenja Utovar
materijala
Priprema
mašine
Penetracija
sonda uz pomoć
vazduha
Dodavanje (hranjenje)
kamenom i zbijanje
Ravnanje i
površinsk o
zbijanje
Deformacija stuba na
delu mekih formacija
tla

441/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
šljunčanih stubova kao i njihovu efikasnost. Danas se izvode uz vibriranje, što bitno
povećava poboljšanje temeljnog tla u smislu dodatnog zbijanja. Ovako zbijeno tlo ima
povećanu čvrstoću na smicanje čime je povećana nosivost, smanjeno sleganje, ubrzano
dreniranje, a smanjena je i opasnost od likvefakcije. Likvefakcija je pojava koja može
nastati pod uticajem potresa ili nekog drugog dinamičkog opterećenja (miniranje ili
slična dinamička opterećenja koja doprinose promeni strukture zrna okolnog tla) u uslovima
visoke saturacije tla (vodom zasićenim pescima uskog granulometrijskog sastava), u
trenutku cikličke promene stanja napona uzrokovanog zemljotresom. Glavni faktori od
kojih zavisi likvefakcijski potencijal tla su niski indeks zbijenosti i visoki stepen
saturacije, odnosno, zasićenosti vodom. Opasnost likvefakcije leži u prevrtanju zgrada
što uzrokuje dodatne štete i u diferencijalnom sleganju zgrada koje se događa zbog
iznenadnog gubitka čvrstoće.
Sl.593:- Posledice likvefakcije nakon potresa u Petrinj,(Hrvatska) 29.12.2020. i Christchurchu (Novi
Zeland), 2011.godine
Da bi došlo do likvefakcije moraju istovremeno biti ispunjena dva uslova:
1. Tlo mora biti nekoherentno, zasićeno vodom, peskovito i na dubini od 0 do 10 metara
ispod površine tla;
2. Potres mora biti dovoljno jak da bi izazvao tlo sklono likvefakciji da se pokrene.

Pri pojavi zemljotresa, šljunčani stubovi otežavaju nastanak likvefakcije u tlu sklonom
ovoj pojavi. Različita krutost šljunčanih stubova i okolnog tla je jedan od razloga
smanjenju nastanka. Na šljunčane stubove, kod kojih su dominantne gravitacione sile,
nije mogući tako snažan uticaj ubrzanja od zemljotresa.

Šljunčani stubovi predstavljaju jednu od najboljih metoda za sprečavanje pojave
likvefakcije jer je uloga ovih stubova dvostruka. Sa jedne strane utiču na poboljšanje
zbijenosti materijala u koji se pobijaju, a sa druge strane, pošto se izvode uz vibriranje,
utiču na smanjenje likvefakcionog potencijala što je prvi preduslov smanjenja ili
eliminisanja ove negativne pojave u tlu.

Sl.594:- Šljunčani stubovi, kao mera poboljšanja temeljnog tla kod likvefakcije

Šljunčani stubovi, dakle, imaju i drenirajuća svojstva i kao takvi apsolutno menjaju sliku
pornih pritisaka i doprinose povećanju efektivnih napona, što je i krajnji cilj sprečavanja
likvefakcije.
„Likvefakcija“:
Utečnjavanje, utečnjenje;
utečnjenost; topljenje,
rastapanje, pretvaranje
čvrstih tela u tečna.

442/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kako je već rečeno, vibroflotacija (sl.550-553) predstavlja postupak poboljšanja relativne
zbijenosti materijala, a time i fizičko-mehaničkih karakteristika tla s tim što postoji
određeno ograničenje u pogledu pogodnosti primene ovog procesa u zavisnosti od vrste
tla (sl.558). U krupnozrnom tlu, proces se obavlja vibriranjem, dok se u sitnoznom
(koherentnom) tlu postupak provodi izvođenjem vertikalnih šljunčanih ili peščanih
drenova ili stubova, te se na taj način postiže bolja zbijenost, ali i proceđivanje okolnog
materijala. Vibroflotacija se primenjuje za poboljšanje karakteristika geotehničkih
građevina (nasipa) koji se koriste za zaštitu od poplava.

Šljunčani stubovi deluju drenirajuće i trenutno menjaju sliku pornih pritisaka u korist
povećanja efektivnih napona u okolnom tlu. Novija tehnologija izvođenja šljunčanog
stuba prikazana je na slici 592, no ipak dosta ekonomičnije je izvođenje šljunčanih
stubova pomoću obložne metalne kolone, čeličnog malja i makare, što se na našim
prostorima još uvek koristi.
Sl.595:- Cev za vibriranje (sonda) - sastavni delovi
Izvode se slično dubinskom zbijanju, samo što se u tlo unosi šljunak. Cev za vibriranje
(sonda), sl.595, utiskuje se u tlo i od dna na gore u etažama ispušta šljunak koji zbija
svojom težinom i vibracijom. Time se osnovno tlo zbija a šljunak postiže dobru gustinu i
čvrstoću. U šljunak se može uvesti i cementno vezivo, tako da se dobiju vrlo nosivi piloti.

Na dijagramu na slici 596 vidi se da se postupak dubinskog zbijanja ograničava na
nekoherentna tla, a postupak šljunčanih stubova izvodi se u svim tlima. Fluid koji pri
spuštanju struji kroz vrh omogućava bolju prodornost u dubinu. Postoji tehnika sa
vazduhom i sa vodom. Voda je efikasnija u zonama ispod nivoa podzemne vode. sl.

Sl.596:-Uticaj tipa tla i granulometrijskog sastava tla na upotrebljivost postupka - primenu metode
pboljšanja tla

443/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kameni stubovi imaju sledeće efekte na tretirano tlo:
• uvođenje poroznih elemenata sa dobrim geomehaničkim svojstvima,
• povećanje modula deformacije cele obrađene mase,
• povećanje prosečnog ugla unutrašnjeg trenja i ukupne čvrstoće smicanja,
• povećanje koeficijenta pritiska tla u mirovanju (K0),
• značajno povećanje stepena konsolidacije, s tim da se veći deo sleganja dogodio u
kratkom vremenu nakon izgradnje.

Primene kamenih stubova mogu se izvoditi na nekoliko različitih metoda, uglavnom
zavisno od uslova tla. Kameni stubovi ugrađuju se pomoću sistema za dovod sa gornje ili
donje strane, sa ili bez mlazne vode ili komprimovanog vazduha, 597,598, 600.
Metoda punjenja sa vrha koristi se kada vibracionom sondom može nastati stabilna rupa.
Suvom metodom (dovod sa vrha ili sa dna), sonda se ubacuje u tlo i prodire do ciljne
dubine pod sopstvenom težinom i mlazom komprimovanog vazduha (Taube i Herridge,
2002).
Najčešće korišćene metode za ugradnju kamenih stubova su:
• Vibro-zamena (mokra, metoda dovod sa vrha)
• Vibro-istiskivanje (metoda suvog, gornjeg i donjeg dodavanja)
Dakle, ove metode su:
• Kameni stubovi koji se formiraju metodom punjenja sa suvog vrha "Dry-top feed" sa
sličnom opremom koja se koristi u vibro flotaciji ili metodi vibro zbijanja,
• Kameni stubovi koji se formiraju metodom punjenja sa suvog dna - "Dry-bottom feed"
sa sličnom opremom koja se koristi u vibro flotaciji ili metodi vibro zbijanja,
• Kameni stubovi koji se formiraju metodom mokrog punjenja sa vrha (Wet-top feed) sa
sličnom opremom koja se koristi u vibro-flotaciji ili metodi vibro-zbijanja u glinenim i
prašinastim tlima,
• U odgovarajućim uslovima tla, vođenje obložne cevi i popunjavanje rupa u tlu
agregatom i zbijanje agregata pomoću vibracija tokom povlačenja kućišta,

Kameni stubovi mogu se primeniti na obali ili na kopnu i u svim tipovima tla, obično sa
prečnikom od 60 cm do 100 cm.

1.6.7.7.1. Metoda suvog punjenja sa vrha (Dry - top feed method - system)

Vibro zamena - kameni stubovi u kohezivnim tlima mogu se izvoditi i metodom
dodavanja sa vrha pomoću vibratora vešanih na dizalicu slično postavljanju za vibro
zbijanje. Kod metode suvog dodavanja sa vrha vibrator prodire u slabo tlo ili ispunjava
svojom masom, ispiranjem vazduhom i vibracijama da bi stvorio rupu - stabilizuje
prstenasti obruč oko vibratora. Kada se postigne stabilizacija ili projektovana dubina,
vibrator se uklanja a kamena ispuna uvodi u bušotinu, "punjenje" je obično duboko 50-
80 cm. Vibrator se ponovo ubacuje i “pakuje” kamen u okolne slojeve. Takođe se može
koristiti za povećanje prečnika stuba. Uzastopni kamena slojevi dodaju se i zbijaju
dovodeći stub do radnog nivoa.
- U metodi vibroflotacije dodavanja sa vrha, sonda za vibroflotaciju postavlja se tamo
gde je potreban kameni stub i vibrira u tlo do željene dubine uz pomoć vazduha.
- Za ovu tehniku dodavanja sa vrha (suvi postupak) potrebna je kamena ispuna
granulacije 12-75 mm.
- Kompresiju tla prati monitor na hidrauličnoj jedinici (kabini).

444/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.597:- Sistem suvog punjenja sa vrha (Dry - top feed method process schematic,Taube,2001).

1.6.7.7.2. Metoda suvog punjenja (dodavanja) sa dna (Dry bottom feed system)

U slabijim tlima ili u situacijama u kojima postoji visok nivo podzemnih voda, metoda
dodavanja suvog dna "Dry-bottom feed" vibrator prodire svojom masom, ispiranjem
vazduhom i vibracijama spusta se na projektovanu dubinu.

Drobljeni kamen odgovarajuće granulacije postavlja se na dno bušotine uz pomoć cevi,
sl.599, koja se postavlja u blizini vibratora za formiranje kamenog stuba. Kamen se
ubacuje u levak u cev pričvršćenu na bočnu stranu vibratora. Kamen, obično veličine 40
mm, izlazi iz cevi na vrhu vibratora na dno bušotine. Zatim se kamen zbije u okolno tlo
ponovljenim povlačenjem i umetanjem vibratora. U ovoj metodi prečnik kamenog stuba
može varirati zavisno od gustine okolnog tla. Dok se vibrator povlači nagore primenom
vibracija, dodavanje kamena nastavlja se iz cevi pored vibratora i na taj se način formira
kameni stub prema površini.

U metodi vibroflotacije suvog punjenja sa dna postoji spremnik šljunka i šljunčana cev
na vibroflotacionoj sondi.
- Nakon što sonda uz pomoć komprimovanog vazduha vibrira u tlo do željene dubine.
- Za postupak suvog punjenja sa dna potrebna je kamena ispuna granulacije (2-45 mm).
- U ovom procesu monitor kompresije tla prati i na hidrauličkoj pogonskoj jedinici.

445/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.598:- Sistem suvog punjenja sa dna (Dry - Bottom - feed method process schematic,Taube,2001).

Sl.599:- Sonda za vibroflotaciju i cev za napajanje
(Power Pack)

1.6.7.7.3. Metoda mokrog punjenja sa vrha (Wet-top feed method)

Kod metode mokrog dodavanja sa vrha (Wet-top feed) vibrator prodire u slabo tlo ili
ispunjava svojom masom, uz pomoć mlaznice vode i vibracijama da bi stvorio rupu -
stabilizuje prstenasti obruč oko vibratora. Kada se postigne stabilizacija ili projektovana
dubina, vibrator se uklanja a kamena ispuna uvodi u bušotinu, "punjenje" je obično
duboko 50-80 cm. Vibrator se ponovo ubacuje i “pakuje” kamen u okolne slojeve. Takođe
se može koristiti za povećanje prečnika stuba. Uzastopni kamena slojevi dodaju se i
zbijaju dovodeći stub do radnog nivoa. Kamen se gravitacijom puni u bušotinu sa
površine terena.
Sl.600:- Šema metode mokrog punjenja sa vrha (Wet - top - feed method process schematic (Taube, 2001).

446/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Parametri projektovanja:

- Prečnik šljunčanih stubova je 60-80 cm, uz maksimalne dubine oko 20 m. Nosivost je
oko 20-30 tona. Ukoliko su nosivi, šljunčani stubovi se obično raspoređuju tako da broj
redova u podužnom i poprečnom pravcu ne bude manji od tri, pri čemu ose krajnjih
redova treba da budu na odstojanju najmanje 1,5 d (prečnika stuba), ili 0,1 H (dužine
stuba) od spoljnih ivica temelja. Treba paziti i na međusobno rastojanje stubova, koje
iznosi minimalno 3d.
- Rastojanje između osa stubova može se odrediti, prema Citoviču (1955), pomoću
formule: &#3627408454;=0,952∙&#3627408465;√
&#3627409150;
&#3627409150;
1 − &#3627409150;

gde je:
S - rastojanje između osa šljunčanih stubova u m;
d - prečnik šljunčanog stuba u m;
γ i γ1 - jedinična težina tla pre i posle izvođenja stubova, respektivno, u kN/m
3
.

Sl.601:- Ravni kameni stub, trougaoni raspored (levo) i kvadratni raspored (desno) (Cabe, 2007).

- Odnos između razmaka stuba i prečnika jedinične ćelije dat je:

de = S∙cg

gde je:

de - efektivni prečnik složene ćelije;
S - razmak između dva kamena stuba;
cg - konstantni koeficijent vezan za raspored
stubova:
- u trougaonom rasporedu cg = 1,05,
- u kvadratnom rasporedu cg = 1,13, a
- za šestougaoni raspored cg = 1,29

npr.:
de =(
12
??????
2
)
1
4
⁄
∙&#3627408454;=1.05 &#3627408454;

Sl.602:- Tipičan raspored kamenih stubova (a) trougaoni
raspored (b) kvadratni raspored, (c) šestougaoni
(heksagonalni) raspored (Balaam & Poulos, 1983),

Koeficijent zamene
k = π za kvadratne mreže
k = 2π/√3 za trougaone mreže stubova

447/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Odnos zamene: kvantifikacija količine tla zamenjene kamenom kao as = 0,907 (D/S)
2

konstanta 0,907 odnosi se na jednakostranični trougaoni raspored.

- Faktor koncentracije napona: odnos prosečnog napona u kamenom stubu σs, i napona
σg, u tlu unutar jedinične ćelije, usled spoljnog opterećenja σ,
n = σs /σg, vrednost n uglavnom leži između 2,5 i 5 na površini tla.

- Sleganje: konsolidacija sleganjem kompozitnog
(obrađenog) tla S, S = mv∙σg∙H

- Naponi - pretpostavke:
- triaksijalno stanje napona u kamenom stubu
- lom stuba i okolnog tla
σ1/σ3 = (1+sinφs)/(1-sinφs)

gde je:
σ1 - krajnje vertikalno naprezanje
koje kameni stub može podneti
σ3 - bočni ograničavajući napon koji
mobiliše okolno tlo (da se odupre
ispupčenju kamenog stuba)

U Evropi Priebeova (Priebe,1995) metoda projektovanja kamenih stubova vibro
zamenom je prihvaćena kao valjana metoda (sl.3). Ova metoda definiše faktor
poboljšanja n kao funkciju odnosa površine pokrivanja i ugla unutarnjeg trenja φc
materijala stuba. Faktor poboljšanja n spada u raspon od 2 do 6, s tim da su vrednosti od
3 do 4 češće (Mitchell, 1982). Budući da bi n trebao predstavljati odnos ograničenih modula
stuba i tla u ekvivalentnom linearnom elastičnom modelu jedinične ćelije, pretpostavlja
se da je plastična deformacija stuba implicitno uključena u tu eksperimentalnu sliku.
Faktor n bio bi znatno u odnos krutosti između šljunka u gustom stanju i tla ako bi se
šljunak ponašao u opsegu elastičnosti.

Sl.603:- Dijagram za poboljšanje tla kamenim stubovima izrađeni metodom vibro zamene u zavisnosti
odnosa faktora n i ugla unutrašnjeg trenja tla φc upotrebljenog za izradu stuba i Poissonsovog
koeficijenta μs =1/3 (Priebe,1995).

Jednake ravni sleganja koje
se razvijaju u rešenju za
poboljšanje tla koristeći
krute inkluzije ispod nasipa
Sl.-3 Mehanizam loma u kamenim stubovima izrađeni vibro zamenom
pod vertikalnim opterećenjem (Brauns 1978 u Sondermann i Wehr,
2004).
φc - ugao unutrašnjeg
trenja
materijala stuba
Krive za Poissonsov
koeficijent μs =1/3

448/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Agregat:
- za konstrukciju kamenog stuba
- drobljeni kamen ili šljunak
- hemijski inertan,
- bez organskih materija,
(Mogu se koristiti dobro granulirani material od 2 mm do 75 mm)

Da zaključimo, postupak izvedbe šljunčanih stubova (pilota) vrlo je efikasan i racionalan
postupak, potvrđen u primeni širom sveta. U Srbiji je tako izvedeno nekoliko desetina
objekata na Novom Beogradu, Novom Sadu…

Postavljanje kamenih stubova menja tlo oko stuba, uzrokujući efekte koji mogu biti
pozitivni, negativni ili zanemarljivi. Efekti izgradnje jedna su od glavnih briga u svim
primenama kamenih stupova i zahtevaju bolje poznavanje.

Magnan i dr. (2005) iznose empirijske dokaze koji sugerišu da prečnik stuba zavisi od
nekoliko faktora, kao što su čvrstoća tla, vrsta konstrukcije (npr. metode suvog ili mokrog
postupka), energija koju vibrator prenosi na tlo i redosled gradnje, između ostalih. Slično
tome, kvalitet izrade ima značajan uticaj na kvalitetu stuba, a posebno na osiguravanje
postizanja potrebnog prečnika stuba (Slocombe i sar., 2000). Alonso i Jimenez (2012).

Funkcije takvih stubova su poboljšati karakteristike tla (tj. povećati nosivost i smanjiti
sleganje) i olakšati odvodnju promenom željenog puta odvodnje iz vertikalne u
horizontalnu.
Tokom ugradnje, kako se tlo bočno pomera:
- stvara se višak pornog pritiska i pretpostavlja se da se raspršuje prema propusnim
stubovima;
- povećavaju se horizontalni naponi, što dovodi do post-konstrukcionog koeficijenta
pritiska tla K koji premašuje prvobitni koeficijent pritiska tla u mirovanju (K0); i
- okolno tlo je delimično oblikovano prodiranjem vibratora.

Bočni pritisak tla jasno utiče na faktor poboljšanja postignut izradom kamenog stuba, jer
pruža bočnu podršku stubu i utiče na njegovo popuštanje. Vrednost K je zato važan
parametar za projektovanje kamenih stubova i uopšte pretpostavlja se da je jednaka 1
(Priebe, 1995). Castro i dr. (2012), takođe skreću pažnju na smanjenje nedrenirane
smičuće čvrstoće izazvane ugradnjom vibro-pomičnih stubova u osetljivim mekim tlima.

K0 predstavlja odnos između efektivnih horizontalnih i vertikalnih napona i naziva se
koeficijent pritiska tla u mirovanju.
Tabela 59 - Vrednosti koeficijenta pritiska tla u mirovanju K0

σν = σz = σ1 =γ∙z i σh = σy =σ2 =σ3 = K0∙γ∙z
Elastično tlo: K0 =
&#3627409218;
&#3627409359;−&#3627409218;

Normalno konsolidovano tlo
(Jaky, 1944)
K0,NC = 1 - sin φ'
šljunak i pesak K0 = 0.4 ‐ 0.5, prašine i gline K0 = 0.5 ‐ 0.7
Prekonsolidovana tla (Jaky, 1944) K0 = KO,NC (OCR)
sin φ'

Prekonsolidovana tla (EC 7) K0 = 1 - sin φ'√&#3627408450;&#3627408438;&#3627408453;

Dakle, postoje različite metode za poboljšanje ponašanja mekih tla. Raspodela veličine
čestica i tip tla su dva važna faktora pri odabiru metode poboljšanja.

Njime se povećava čvrstoća novog tla (mešanog tla), smanjuju sleganja (ukupna i
diferencijalna), pojednostavljuje temeljenje u teškim uslovima i omogućava radijalno
dreniranje, što drastično ubrzava sleganje.

449/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kameni stubovi pogodni su za poboljšanje, kako slabih prirodnih tla, tako i za tla sa
tipično poboljšanim nosivostima u rasponu od: 50 kN/m
2
do 150 kN/m
2
. Kameni stubovi
mogu se ugraditi u grupe pod izoloanim opterećenjima ili direktno pod linearnim
opterećenjima poput trakastih temelja. Stubovi se takođe mogu rasporediti u obliku mreže
kako bi se pružila podrška jednoliko opterećenim konstrukcijama kao što su ploče na tlu
i nasipi.
Sl.604:- Upoređenje nekih efekata metoda poboljšanja tla

450/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7. Poboljšanje tla predopterećenjem i konsolidacijom
(Ground Improvement by Preloading and Consolidation)
Prethodnim opterećenjem (predopterećenje ili sniženje NPV) postiže se konsolidacija tla
pre izgradnje nekog objekta, čime se smanjuje sleganje koje će se pojaviti nakon izgradnje
tog objekta, sl.605. Primenjuje se uglavnom u koherentnim tlima, s obzirom da je njihov
proces konsolidacije dugotrajan. Konsolidacija se može ubrzati izgradnjom raznih
drenažnih sistema. Kako uspeh ove metode zavisi najviše od hidrauličnih svojstava tla,
ova metoda pripada više grupi hidrauličnih metoda, pa će se detaljnije razmotriti u grupi
„hidraulična poboljšanja“.

Sl. 605:- Vremenski razvoj sleganja usled prethodnog opterećenja.
Konsolidacija i sleganje terena (s) nastaje nanošenjem spoljnjeg - dodatnog opterećenja
(izgradnjom nasipa odgovarajuće visine) ili snižavanjem NPV. Dodatno opterećenje može
„delovati“ u periodu od nekoliko meseci do nekoliko godina, zavisno od očekivanih i
stvarnih rezultata koji se žele postići. Opterećenje može biti jednako opterećenju budućeg
objekta (p) ili čak veće od konačnog opterećenja (p+Δp), kako bi se proces konsolidacije
dodatno ubrzao. Ovo opterećenje se uklanja nakon ostvarenog i određenog sleganja
materijala. Nakon što se tlo rastereti, objekti koji će biti sagrađeni na toj lokaciji
prouzrokovaće (najčešće) manja sleganja, jer je deo deformacija već nastao prethodnim
opterećenjem.

Metoda poboljšanja tla predopterećenjem i konsolidacijom je jedna od najstarijih i
najčešće korišćenih metoda poboljšanja. Dakle, predopterećenje ili predkompresija je
postupak stavljanja dodatnog vertikalnog napona na stišljivo tlo kako bi se sa vremenom
uklonila porna voda. Disipacija porne vode smanjuje ukupnu zapreminu koja izaziva
sleganje. Predopterećenjem se povećava nosivost i smanjuje stišljivost mekih tla. Kod
nekoherentnih tla predopterećenje uzrokuje povećanje gustine, dok kod koherentnih tala
izaziva prethodnu konsolidaciju. Postiže se izradom nasipa koje predstavlja privremeno
opterećenje na mestu buduće izgradnje. Prethodno opterećenje može biti jednako ili čak
veće od onog kojeg će izazvati planirani objekat. Isti učinci mogu se osim prethodnim
opterećenjem postići i snižavanjem NPV. Proces se dodatno može ubrzati izgradnjom
vertikalnih drenova i horizontalnih drenažnih tepiha. Efekti predopterećenja mogući su
samo u slučaju kada je ono veće od napona prethodne konsolidacije. Za ubrzavanje
procesa konsolidacije može se koristiti i predopterećenje vakuumom i elektroosmoza.

Predopterećenje je ekonomična metoda za poboljšanje tla. Međutim, konsolidacija tla
zavisi od vremena, što odlaže građevinske projekte što je čini neadekvatnom ali
neophodnom alternativom.

451/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Iako je metoda primenjiva u svim vrstama tla, najbolji rezultati postižu se u mekom,
koherentnom tlu, stišljivom prahu, organskim glinama i tresetu.

Ova metoda koristi se prilikom izgradnje zgrada, nasipa, saobraćajnica i drugih objekata
sa ciljem poboljšanja temeljnog tla.

Dve uobičajene tehnike predopterećenja su konvencionalno predopterećenje, npr. g.
• pomoću nasipa i
• predopterećenje izazvano vakuumom.

Pre objašnjenja metode „poboljšanje tla predopterećenjem i konsolidacijom“, moramo
se upoznati sa pojmovima sleganje tla i konsolidacija.

Predopterećenjem ili predkompresijom, tj. stavljanje dodatnog vertikalnog napona na
stišljivo tlo vremenom se uklanja porna voda - smanjuje se ukupna zapreminu koja izaziva
sleganje. Promenom napona u tlu izazvanih promenom opterećenja, npr. gradnjom
objekta, počinje proces promene zapremine tla koji se manifestuje kao sleganje tla. Dakle,
neposredno posle nanošenja napona, tokom vremena, dolazi do opadanja pornih pritisaka,
povećanja efektivnih napona i smanjena zapremine tla na račun istisnute vode iz pora i
do sleganja kao posledice smanjenja zapremine. Ova promena zapremine odnosno
sleganje obavlja se u dužem vremenskom periodu i zavisi od vrste tla, koeficijenta
vodopropusnosti odnosno od vremena potrebnog za evakuaciju vode iz pora. Kod
vodopropusnog krupnozrnog tla vreme potrebno za istiskivanje vode iz pora je praktično
zanemarljivo dok kod sitnozrnog tla ovaj proces moze trajati godinama. Ovaj proces
opadanja pornih pritisaka i povećanja efektivnih napona uz promenu zapremine naziva se
konsolidacija, (sl. 606).
Tabela 60 - karakteristike konsolidacije

- Proces opadanja pornih pritisaka, povećavanja efektivnih napona i smanjenja zapremine
tla je konsolidacija.
Br. Konsolidacija
1 Konsolidacija je spor proces.
2 Konsolidacija je kompresija tla izbacivanjem vode iz šupljina tla.
3 To je postupak u kojem stalni i statički pritisak uzrokuje kompresiju zasićenog tla.
4 Statičko i kontinuirano opterećenje primenjuje se duži interval konsolidacije tla.
5 Konsolidacija je spor i stabilan proces koji zahteva vreme.
6 Konsolidacija je vremenski zavisan proces smanjenja zapremine.
7 Konsolidacija je prirodan proces.
8
To se ne može učiniti pre izgradnje. Postoje neke metode pomoću kojih se
konsolidacija može izvršiti pre izgradnje, ali se ne može postići 100% konsolidacija.
9 Period opterećenja je dug. Može proći mnogo godina za 100% konsolidaciju.
10 Do konsolidacije dolazi prirodno zbog strukturnog opterećenja temelja.
11 Konsolidacija tla uglavnom se koristi za glinovito tlo.
12
Konsolidacija je prirodni proces gde se tlo ispod zgrade i druge strukture zbijaju
prenesenim opterećenjem na tlo kroz predviđeni temeljni sistem.
13 Za konsolidaciju je odgovorno temeljno sleganje.
14 Tlo je zasićeno da se čestice talože.
15 Takođe, povećaće se nosivost tla
16 Konsolidacija se odnosi samo na kohezivna tla, posebno za slabo propusnu glinu.
17
Konsolidacija je dvostepeni process:
- primarna konsolidacija i
- sekundarna konsolidacija.
18 Konsolidacija započinje nakon zbijanja.

452/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- U tom procesu naponi pornih pritisaka prenose se na skelet tla.
- Sleganje nastalo usled promene zapremine tla naziva se konsolidacionim sleganjem.
- Brzina promene zapremine ili razvoj promene zapremine u vremenu zavisiće, između
ostalog i od vodopropusnosti tla, odnosno od vremena potrebnog za evakuaciju
određene količine vode iz elementa tla.

Sl. 606:- Proces sleganja tla i mehanički model konsolidacije dijagram promene sile u vodi Pv i opruzi Pp sa
vremenom u modelu na slici

1.7.1. Raspodela napona u tlu

Princip efektivnih napona je najvažniji fundamentalni princip mehanike tla, Terzaghi
(1936), ali ovde neće biti detaljno opisani.

Efektivni normalni napon ??????
&#3627408527;
′
jednak je razlici totalnog normalnog napona σn i pornog
pritiska u, ili ??????
&#3627408527;
′
= σn ‐u.

 Kod krupnozrnog tla očekuje se samo trenutno sleganje si, kod sitnozrnog tla očekuje
se trenutno sleganje i sleganje se razvija u toku vremena - konsolidaciono sleganje sc(t)
 Odmah nakon nanošenja opterećenja (t = 0 dana) na sitnozrno tlo voda ne može odmah
da se drenira i u njoj se javlja porni nadpritisak ∆u ili drugačije rečeno voda prihvata
svo opterećenje - nedrenirani uslovi (Undrained)

453/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
 U toku vremena voda počinje da se kreće od zone povećanog nadpritiska ka okolnom
tlu gde je početni hidrostatički pritisak u0 što dovodi do smanjenja pornog nadpritiska u
toku vremena - disipacija pornih nadpritisaka.
 Ovaj proces praćen je povećanjem efektivnih napona σ = σ-u ili drugačije rečeno tlo -
skelet tla počinje da prima opterećenje a sleganje se povećava.
 Na kraju gore opisanog procesa konsolidacije svo opterećenje primaju zrna tla (skelet
tla) a porni nadpritisak se potpuno disipira ∆u=0

Geostatički naponi - naponi usled sopstvene težine tla i priraštaji napona - naponi usled
površinskih opterećenja.

Zna se da gravitacija deluje normalno na površinu terena pa će vertikalni naponi po dubini
u slučaju ravnog horizontalnog i homogenog terena biti σv = σz = γ ∙ z, (sl. 607).

U homogenom tlu sa jediničnom težinom tla γ na dubini z, bez prisustva podzemne vode,
vertikalan napon je, sl. 606:
- σv = σz = γ ∙ z
- σv = σz = γ ∙ z = pv
Horizontalni naponi, u načelu, biće:

- ??????
ℎ
,
=??????
&#3627408485;
,
=??????
&#3627408486;
,
=&#3627408446;
0 ??????
&#3627408483;
,
=&#3627408446;
0??????
&#3627408487;
,
=&#3627408446;
0&#3627408477;
&#3627408483;
,

gde je:
&#3627408477;
&#3627408483;
,
- vertikalni efektivni geostatički napon,
K0 - koeficijent bočnog pritiska tla "u miru".
- Horizontalni naponi mogu se, ali i ne moraju, menjati linearno sa dubinom
- U tlu koje se sastoji od homogenih slojeva vertikalni totalni i efektivni naponi menjaju
se linearno u granicama svakog sloja.

Sl.607:- Geostatički naponi - naponi usled sopstvene težine tla - naponi u homogenom tlu

Vertikalni efektivni napon na granici dva sloja, sl.608, jednak je zbiru proizvoda debljina
slojeva i odgovarajućih (efektivnih ili ukupnih) zapreminskih težina tla iznad posmatrane
tačke, u slučaju da postoji hidrostatički nivo podzemne vode. Veličina totalnog napona na
kontaktu sloja j i j+1, je:
??????
&#3627408487;,&#3627408471;=Σ(??????
&#3627408470;−??????
&#3627408470;+1)&#3627409150;
&#3627408470;
tako da je vertikalni efektivni geostatički napon, uz učešće pornog pritiska u:
??????
&#3627408487;,&#3627408471;
,
=??????
&#3627408487;,&#3627408471;−&#3627408482;
&#3627408471;
- Altenativno, može se računati sa "efektivnim" težinama tla prema izrazu:
??????
&#3627408487;,&#3627408471;=Σ(??????
&#3627408470;−??????
&#3627408470;+1)&#3627409150;
&#3627408470;,&#3627408466;&#3627408467;
γef = γ ukoliko je sloj iznad nivoa podzemne vode
γef = γz - γw = γ
!
za sloj koji se u celini nalazi ispod nivoa podzemne vode.

454/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.608:- Vertikalni efektivni napon na granici dva sloja. - geostatički naponi u uslojenom tlu

Promenom napona u tlu izazvanih promenom opterećenja, npr. gradnjom objekta,
počinje proces promene zapremine tla koji se manifestuje kao sleganje tla. Ova
promena zapremine odnosno sleganje obavlja se u dužem vremenskom periodu i zavisi
od vrste tla, koeficijenta vodopropusnosti odnosno od vremena potrebnog za evakuaciju
vode iz pora. Kod vodopropusnog krupnozrnog tla vreme potrebno za istiskivanje vode
iz pora je praktično zanemarljivo dok kod sitnozrnog tla ovaj proces moze trajati
godinama. Ovaj proces opadanja pornih pritisaka i povećanja efektivnog napona uz
promenu zapremine naziva se konsolidacija, kako je već rečeno u uvodu (sl.606).

→ Naponi usled površinskih opterećenja - teorija elastičnosti

- Usled opterećenja dodatnim silama (temelji, nasipi...) na površini ili na relativno maloj
dubini dolazi do priraštaja napona u masi tla.
- Promena naponskog stanja u tlu usled opterećenja dodatnim silama može se odrediti
različitim aproksimativnim postupcima, jer realnu fizičku heterogenost materijala i
njegovo složeno naponsko i deformaciono ponašanje nemoguće je obuhvatiti sa nekom
apsolutnom tačnošću.

Za određivanje veličina napona usled vertikalnih opterećenja najviše se primenjuje
rešenje Boussinesq‐a, koje predstavlja osnovu i za druga izvedena rešenja za praktičnu
primenu. Boussinesq‐ovo rešenje za komponentalne napone, sa oznakama na slici su:

Sl.609:- Promena naponskog stanja u tlu usled opterećenja dodatnim silama

Važno je napomenuti da se pri proračunu sleganja tla računaju deformacije usled
priraštaja vertikalnih napona, dok se smatra da su se deformacije tla usled sopstvene
težine već desile i geostatičko stanje napona predstavlja početno naponsko stanje u tlu!

455/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Moduli deformabilnosti tla
Tlo može pod delovanjem stalnog opterećenja kroz duže vreme doživljavati sleganja
usled puzanja.
Stišljivost tla zavisi od mnogo faktora od kojih su najvažniji postojeće stanje napona,
promene stanja napona (dodatni naponi) i istorija napona tla.

Sleganje objekta moguće je izračunati kao zbir deformacija uslovnih slojeva tla
formiranih tako da na njima vladaju prosečni dodatni naponi i da je tlo u njima
konstantnog (prosečnog) modula stišljivosti. Ukupna sleganja računaju se kao zbir sve tri
komponente: elastičnih, od primarne konsolidacije i od sekundarne konsolidacije.

Relativna deformacija tla smanjuje se sa dubinom jer je tlo kruće u većoj dubini, a dodatni
naponi opadaju sa dubinom.

Razlikujemo:
- ukupno sleganje -konačni iznos sleganja - maksimalno sleganjeje: to je apsolutno maksimalno kretanj
nadole bilo kog dela građevinskog elementa = Smax
- diferencijalno sleganje:to je maksimalna razlika između dve tačke u elementu zgrade na nekoj
udaljenosti, dovodi do umanjenja funkcionalnosti građevine, i/ili do dodatnih napona u konstrukciji.
Diferencijalno sleganjeje = Smax - Smin
- ugaona distorzija: to je još jedan način izražavanja diferencijalnog sleganja.
Ugaona distorzija = Diferencijalno sleganje / Dužina elementa = (Smax

- Smin)/ L

Sl.610: - Koncepti ujednačenog i diferencijalnog sleganja

→ Sleganje tla usled statičkog opterećenja
Kada na sloj zasićene gline deluje statičko opterećenje, voda sporo napušta napregnutu
zonu (zbog toga što je glina slabo propusna).

Sl.611:- Geostatički naponi u uslojenom tlu i faze sleganja tla

Smer tečenja
vode iz sloja gline
Zasićena glina
Linearne mere t (mj.) Logaritamske mere t (mj.)
Sleganje u glini

456/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zato se sleganje odvija tokom dugog vremenskog perioda, koji u sitnozrnom tlu može
da traje i više godina.
Krupnozrno tlo je vrlo propusno (slobodno se drenira), pa se sleganje odvija vrlo brzo.

Sl.612:- Dijagram sleganja zasićene gline - a i krupnozrnog tla - b

Usled dejstva statičkog opterećenja q ili p na površini terena, u tački A dolazi do porasta
napona i pornih pritisaka… i oni se menjaju tokom vremena.

∆σ - ukupan pritisak.
∆u - pritisak u vodi (porni pritisak)
∆σ' - pritisak na čestice tla

∆σ ostaje isti (q) tokom konsolidacije.
∆u opada (zbog dreniranja), dok istovremeno ∆σ' raste, pa se opterećenje prenosi sa
vode na skelet (zrna) tla.

Sl.613:- Dijagram sleganja zasićene gline - a i krupnozrnog tla - b

• Ukupno sleganje tla (s) - zbir 3 komponente:

si - inicijalno (početno) sleganje-posledica istiskivanja vazduha iz nezasićenog tla. Odvija
se u roku od nekoliko sati ili dana po nanošenju opterećenja. Najizraženije u pesku i
šljunku (iznosi i do 85% ukupnog sleganja, pa se s računa kao si).
sc - konsolidaciono sleganje - posledica smanjenja zapremine tla tokom procesa
konsolidacije (u toku koga porni pritisak ∆u opada do nule).
ss - sekundarno sleganje - posledica plastičnih deformacija zrna gline. Izraženo samo u
slabije konsolidovanim glinama (10-15% s)

- Inicijalno - si (trenutno) sleganje računa se prema:

gde je:
p0 - dopunsko opterećenje
Eu - modul elastičnosti tla
I - uticajni koeficijent, zavisan od odnosa L/B

Zasićena glina
Ukupan pritisak
a b

457/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Uticajni koeficijent I za proračun trenutnog sleganja:

- Deformabilnost svojstvo tla da pod opterećenjem (usled promene naponskog stanja)
menja oblik (ako je nestišljivo) ili oblik i zapreminu (ako je stišljivo)
- Stišljivost je osobina tla da pod kompresionim opterećenjem smanjuje zapreminu uz
promenu oblika.
- Tlo nema čvrstoću na zatezanje, pa se u njemu javljaju samo normalni naponi pritiska
(σ) i naponi smicanja (τ).
- Sitnozrna tla - izrazito stišljiva ako opterećenje deluje dovoljno dugo, pri čemu se
istiskuju vazduh i voda iz šupljina.
- Zasićena glina (vrlo slabo propusna) kod kratkotrajnog opterećenja praktično je
nestišljiva jer voda nema vremena da napusti tlo. Tokom vremena usled istiskivanja
vode smanjuje se zapremina i dolazi do znatno većeg konsolidacionog sleganja gline.

- Krupnozrna tla - zbog neposrednog kontakta između zrna malo stišljiva pod statičkim
opterećenjem. Značajnije deformacije mogu da nastupe u uslovima dinamičkog
opterećenja, ako je tlo slabo zbijeno.

- Stišljivost svojstvo tla da pod dejstvom pritiska smanjuje zapreminu.

Sl.614:- Faze opterećenja tla i deformacije proporcionalne opterećenju

-I faza opterećenja (0-A) - deformacije proporcionalne opterećenju. Ako se rastereti tlo
se vraća u prvobitni položaj, ali ne potpuno.

-II faza (A-B) - progresivno povećavanje sleganja. Ako se rastereti tlo se više ne vraća
u prvobitni položaj.

-III faza (posle B) - naglo povećanje sleganja, nastaje lom tla.

Stišljivost se najčešće ispituje u edometarskom aparatu:
- uzorak tla početne visine h vertikalno se opterećuje i rasterećuje pri čemu se meri
promena visine Δh (bočne deformacije su sprečene).
- Dijagram relativne kompresije:

Sl.615:- Dijagram relativne kompresije i šema edometrijskog aparata

Modul stišljivosti tla (MV):

458/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Pokazatelj stišljivosti - Modul stišljivosti tla (MV).

- Ekvivalentni modul elastičnosti (E) datog tla, za isto Δσ, može se sračunati iz izraza:

Tabela 61- ν - Poissonov koeficijent za dato tlo

Sl.616:- Teorija primarne konsolidacije-Terzaghi: a) skica početnih i dodatnih napona za rešavanje
problema jednodimenzionalne konsolidacije, u smeru ose z; b) prikaz promene u vremenu vertikalnih
totalnih napona i c) pornih pritisaka i efektivnih napona u dubini z.

1.7.1.1. Krive vremenskog toka sleganja
Proces konsolidacije izučavamo u edometru, pri čemu se pri jednom stepenu opterećenja
prati tok deformacije u vremenu. Na slici 617 prikazana je kriva vremenskog toka
sleganja.

Sl.617:- Vremenski tok sleganja i zone deformacije

Na gornjoj slici može se primetiti da je početna tačka niža od računske vrednosti bilo
kojeg od nanesenih podataka. Vidi se da u uzorku osim konsolidacionog sleganja postoji
i mali deo deformacije koji se odvija u trenutku nanošenja opterećenja i ne zavisi od
procesa konsolidacije te ga nazivamo trenutnim sleganjem.
Vrsta tla ν
Šljunak 0.25
Pesak 0.30
Prašina 0.35
Plastična glina 0.4 – 0.5
Suva glina 0.25 – 0.35
Stišljivost tla Mv [MN/m
2
]
Vanredno stišljivo < 2
Vrlo stišljivo 2 – 5
Srednje stišljivo 5 – 10
Manje stišljivo 10 – 40
Malo stišljivo 40 – 100
Vrlo malo stišljivo >100
Dijagram raspodela napona po dubini

459/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kraj krivue se asimptotski približava vodoravnoj crti, i time nam daje do znanja da u
uzorku postoji još neki proces deformacije u dužem vremenskom razdoblju, pa ovaj
proces nazivamo sekundarnom konsolidacijom.

Važno je obratiti pažnju da se tačno odredi tačka prelaza primarne u sekundarnu
konsolidaciju, tj. tačku u kojoj je završen proces sleganja zbog disipacije pornog pritiska.
Već je spomenuto da vreme konsolidacije raste sa kvadratom debljine sloja.
Ako se želi taj proces konsolidacije ubrzati, mora se smanjiti debljina sloja, odnosno
skratiti put vodi. Najčešće je to jedino moguće ugradnjom vertikalnih peščanih drenova,
koji uspravnu konsolidaciju pretvaraju u radijalnu, sa znatno kraćim putem vode.

Danas na raspolaganju stoji nekoliko metoda za prognozu sleganja:
- edometarski model tla (jednoosna deformacija),
- metode čiste teorije elastičnosti (troosna deformacija),
- numeričke metode (modeli sa ugrađenim konstitutivnim jednačinama).

U praksi se najčešće opterećenje objekta na tlo ne nanosi odjednom, već tokom nekog
vremena koje odgovara trajanju građenja objekta. Na početku se tlo rasterećuje
izvođenjem iskopa za temelje tako da dolazi do bubrenja gline. Do znatnijeg sleganja ne
dolazi dok naneto opterećenje ne postane veće od ranijeg opterećenja sopstvenom
težinom iskopanog tla. Približno rešenje, za korigovanje krive sleganja pri trenutnom
opterećivanju radi unošenja uticaja postepenog nanošenja opterećenja, dao je Terzaghi.
Metoda je aproksimativna, empirijska, izvedena intuitivno i ne može se matematički
dokazati, ali je dovoljno tačna za praktične potrebe.

Sl.618:- Korekcija u toku građenja
Prvo se nacrta dijagram sleganja pod pretpostavkom da je opterećenje naneto trenutno,
odjednom u vremenskoj nuli neto promene opterećenja. Za neko izabrano vreme t < tg (tačka 1)
povuče se vertikalna linija, a zatim povuče i vertikala za vremenski presek t/2 (tačka 2) do linije
sleganja pod pretpostavkom o trenutnom nanošenju opterećenja (tačka 3), a zatim povuče
horizontala do vremenskog preseka tg (tačka 4). Spajanjem koordinatnog početka sa tačkom 4 u
preseku sa vertikalom kroz tačku 1 dobija se veličina sleganja u vremenu t (tačka 5). Ovaj
postupak se ponovi za nekoliko tačaka u interval t < tg da bi se dobila korigovana kriva sleganja
u ovom vremenskom intervalu. Za vreme t > tg korigovana kriva sleganja se dobija jednostavnim
horizontalnim pomeranjem krive sleganja pri trenutnom opterećivanju za vremenski interval
tg/2.

460/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Određivanje koeficijenta konsolidacije Cv;

→ metoda kvadratnog korena - metoda Tejlora (Taylor)

Sl.619:- Određivanje koeficijenta konsolidacije Cv - metoda kvadratnog korena (metoda Taylor-a)

Teorijska kriva je praktično prava linija do oko 60% konsolidacije, dok je za 90% konsolidacije apscisa
AC = 1.15 AB, gde je AB na produžetku prave linije. Ova osobina koristi se za određivanje tačke na
eksperimentalnoj krivoj kojoj odgovara 90% konsolidacije.
Tačka D koja odgovara U = 0 dobija se produženjem prave do preseka sa ordinatom za vreme jednako
nuli. Ova tačka predstavlja "korigovanu nulu", koja se može malo razlikovati od stvarne za veličinu
inicijalnog sleganja nastalog kompresijom manje količine vazduha u porama uzorka. Povlači se prava
linija DC tako da je vrednost apscise 1.15 puta odgovarajuće apscise linearnog dela eksperimentalne
krive. Presek linije DC sa eksperimentalnom krivom dobija se tačka C1 kojoj odgovara U = 90 % tako
da se može očitati veličina √&#3627408533;
&#3627409367;&#3627409358; .

→ Logaritamska metoda - metoda Kasagrandea (Casagrande)

Sl.620:- Određivanje koeficijenta konsolidacije Cv-Logaritamska metoda (metoda Casagrande‐a)

Na teorijskoj krivoj presek prikazane tangente i asimptote se nalazi na 100 % konsolidacije. Presek
odgovarajućih linija na eksperimentalnoj krivoj služi za određivanje iznosa potpune konsolidacije. S
obzirom da se vremenska nula u polulogaritamskom dijagramu nalazi beskonačno levo, za određivanje
korigovane nule, koja odgovara ordinati tačke D, koristi se činjenica da je početni deo krive približno
paraboličan. Na tom delu krive obeleži se razlika ordinata između dve tačke sa vremenima čiji je odnos
1 : 4, zatim se rastojanje jednako ovoj razlici nanese na više da bi se dobila korigovana nula. Pošto su
locirane veličine deformacija za 0 % i 100 % primarne konsolidacije, lako se očita vreme potrebno za
50 % konsolidacije koje odgovara vremenskom faktoru Tv = 0.197

461/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kao što je ranije rečeno, nakon praktično potpune disipacije pornih pritisaka i završetka
procesa primarne konsolidacije, komprimovanje tla ne prestaje. Smanjenje zapremine se
nastavlja veoma polako, sve manjom i manjom brzinom. Priroda razvoja deformacije se
može identifikovati u polu‐logaritamskom dijagramu u obliku jedne (a po nekad i dve
prave linije). Jednostavniji je prikaz jednom linijom tako da se promena koeficijenta, za
svaku poroznost manju od ef, može opisati izrazom
∆e =

-α (log t
2
- log t
1
) = - α log(t
2
/t
1
)
Koeficijent sekundarne kompresije: Cα= α /(1 + ef),
&#3627408438;
&#3627408462;=&#3627409148;(1+&#3627408466;
&#3627408467;)⁄ ,
deformacija jednodimenzionalnog i volumetrijskog puzanja je:

??????
&#3627408539;=&#3627408490;
??????&#3627408525;&#3627408528;&#3627408520;(&#3627408533;
&#3627409360;&#3627408533;
&#3627409359;⁄)
Sekundarna kompresija (ili sekundarna konsolidacija) je posledica plastične reorijentacije
zrna usled izmenjenog nivoa napona, progresivnog loma veza između zrna kao i
progresivnog loma pojedinačnih zrna.
Proces sekundarne kompresije odvija se istovremeno sa primarnom konsolidacijom,
ali tek po završetku primarne konsolidacije postaje jasno uočljiv.

Sl.621:- Komponente kompresije (konsolidacije)
Da zaključimo - konsolidacija je pojava sleganja tla u vremenu. Nastaje u slabo
propusnim, koherentnim tlima sa malim vrednostima koeficijenta propusnosti, k. Pojava
je naročito neugodna kada na ovakvom tlu leže nasipi velikih površina, koje nije moguće
tačkasto temeljiti u dublje, bolje slojeve tla.
Stopa promene zapremine smanjuje se sa vremenom; otprilike polovina ukupnog
obračuna konsolidacije događa se u jednoj desetini ukupnog vremena.
Na raspolaganju stoji nekoliko mogućnosti savladavanja ovakvih poteškoća.
→ Predopterećenje - prethodno opterećenje preopterećenjem (dodatnim teretom)
→ Vertikalna drenaža - snižavanje nivoa podzemne vode - radijalna konsolidacija
→ Predopterećenje izazvano vakuumom
→ Efekti ubrzanja sleganja - dreniranja - izrada šljunčanih stubova.

PRIMENA - koherentna tla - dugotrajna konsolidacija • stišljive prašine • saturirane stišljive gline
• organske gline • treset

462/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2. Ubrzavanje konsolidacije - predopterećenje i drenovi

Konsolidacija je za građevine, u pravilu, nepoželjna pojava jer se često odvija još dugo
nakon završetka građenja, pa tako nastaju pomeranja i pukotine na konstrukcijama,
odnosno velika naknadna sleganja (vitoperenje) i pukotine na saobraćajnicama. Zbog
toga se primenjuju mere da se sleganja od konsolidacije, koja se i inače moraju dogoditi,
dogode što ranije (npr. za vreme građenja nasipa). Tako se izbegavaju naknadna sleganja.

Postoje dva načina:
 predopterećenje (povećavanje sleganja u početku) i
 radijalna konsolidacija (ubrzavanje sleganja bušenim drenovima).

Ubrzana konsolidacija (sl. 622) sprovodi se predopterećenjem i/ili vertikalnim drenovima
(accelerated consolidation by surcharging and/or vertical drains). Kao vertikalni drenovi
mogu se koristiti peščani stubovi - šipovi (sand piles) i prefabrikovani vertikalni drenovi
(prefabricated vertical drain PVD, wick drains). Pregled tipova vertikalnih drenova sa
načinom ugradnje dat je u tabeli 62.

Sl.622:- Ubrzanje konsolidacije korišćenjem predopterećenja i vertikalnih drenova

Tabela 62 - Tipovi vertikalnih drenova (Holz,1991)
Tip drena Način ugradnje Prečnik drena (m) Međurastojanje (m) Maksimalna dužina (m)
Peščani
Utiskivanje zaštitnog omotača
(mandrel), statički ili
vibracijama,
0.15-0.60 1-5 ≤ 30
Peščani
Rotaciono bušenje (hollow
stem continuous flight auger)
0.30-0.50 2-5 ≤ 35
Peščani
Korišćenjem mlaznica (jetted)
0.2-0.3 2-5 ≤ 30
Prefabrikovani
peščani drenovi
(sandwick)
Utiskivanje zaštitnog omotača
(mandrel), statički ili
vibracijama, rotaciono bušenje
0.06-0.15 1.2-4 ≤ 30
Prefabrikovani
PVD drenovi
(PVD,wick drain)
Utiskivanje zaštitnog omotača
(mandrel), statički ili
vibracijama
0.05-0.1
ekvivalentni
prečnik
1.2-3.5 ≤ 60

Na sledećoj slici vidi se uticaj predopterećenja na ubrzavanje konsolidacije korišćenjem
predopterećenja i vertikalnih drenova.
Sl.623:- Proces konsolidacije bez PVD-a i sa PVD-a

463/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Peščani drenovi, prečnika od 20 do 45 cm, postavljaju se na razmaku od 1 do 6 m.
Prefabrikovanih drenova ima više desetina vrsta. Debljina 2-6 mm, širine su oko 100 mm.

U fazi predopterećenja neophodno je proveriti da ne dođe do loma mekog tla ispod nasipa
u nedreniranim uslovima. Mehanizam dejstva vertikalnih drenova i predopterećenja
prikazan je na slici 622 b i 623. Ugradnjom vertikalnih drenova skraćuju se dužine
dreniranja. Voda se prikuplja u vertikalnim drenovima i kroz njih struji na gore prema
horizontalnom drenu (sand blanket).

Prednosti metode:
- peščani drenovi efikasno smanjuju vreme potrebno za primarnu konsolidaciju
zasićenih glina, kako mekih tako i tvrdih,
- redukcija vremena posebno je izražena kod tvrdih glina (6 -7 puta),
- sa povećanjem prečnika peščanih stubova smanjuje se vreme konsolidacije dok konačno
sleganje ne zavisi od prečnika stuba d
Nedostaci metode:
- mogući prekid u drenovima usled nesavesnog izvođenja i konsolidacije tla oko drena
- poremećaj tla oko drena usled izvođenja može smanjiti propustljivost tla oko drena - smanjenje
efikasnosti drena
- uticaj ojačanja tla stubovima može smanjiti efikasnost predopterećenja.

Sl. 624:- Savitljivi prefabrikovani drenovi: plastični i prirodna vlakna

Geosintetički vertikalni odvodi su obično sastavljeni od plastičnog jezgra koje je zaštićeno filterom od
tkanine sa uzdužnim kanalom. Filter (čaura) izrađen je od sintetičkog ili prirodnih vlaknastih materijala
sa velikom otpornošću na začepljenje.
Prednosti upotrebe sintetičkih drenova su:
jednostavna i brza ugradnja, jednostavno se skladište i transportuju, mašine za ugradnju su lakše,
povoljna cena.

1.7.2.1. Predopterećenje - Ubrzanje konsolidacije I način - predopterećenje
→Predopterećenje tla - prethodno opterećenje preopterećenje (dodatnim teretom)

Poboljšanje tla predopterećenjem je jedna od najstarijih i najčešće korišćenih metoda
poboljšanja. Predopterećenje je ekonomična i uspešna tehnika poboljšanja tla koja se
može koristiti za stabilizaciju mekih glina. Predopterećenjem se povećava nosivost i
smanjuje stišljivost mekih tla. Kod nekoherentnih tla predopterećenje izaziva povećanje
gustine, dok kod koherentnih tla izaziva prethodnu konsolidaciju. To je opterećenje
površine tla kako bi se izazvalo veće konačno sleganjenego što se očekuje da će temelj
tla izazvati nakon izgradnje.

Kako je već rečeno u uvodu, prethodno opterećenje može biti jednako ili čak veće od
onog kojeg će izazivati planirani objekat. Isti efekti mogu se osim prethodnim
opterećenjem postići i snižavanjem NPV. Proces se dodatno može ubrzati izgradnjom
vertikalnih drenova i horizontalnih drenažnih tepiha. Efekti predopterećenja mogući su
samo u slučaju kada je ono veće od napona prethodne konsolidacije. Za ubrzavanje
procesa konsolidacije može se koristiti i predopterećenje vakuumom i elektroosmoza.

464/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Da bi se kontrolisao razvoj pritiska viška vode u porama, nasip se obično gradi kao
višefazna gradnja sa periodima prekida između faza opterećenja.

Budući da se većina kompresibilnih tla odlikuje vrlo malom propustljivošću, u zavisnosti
od njihove debljine, konsolidacija može potrajati dugo i zahtevati veoma veliko dodatno
opterećenje, što ne mora uvek odgovarati za tesne (male) građevinske površine.

Kada izvođači na raspolaganju imaju dovoljno vremena za izgradnju nekog objekta, može
se koristiti postupak predopterećenja. On se sastoji u tome da se na površinu budućeg
objekta nanese teret veći od onoga koji će na tom prostoru izazvati budući objekat.

Jedan postupak je da se opterećenje poveća sa takozvanim predopterećenjem koje se
može postaviti na neki teren dugo pre početka gradnje. Drugi način je da se, na primer,
nasip koji daje opterećenje q poveća, u odnosu na potrebnu visinu, i time poveća
opterećenje na q+Δq. Takvo opterećenje, doduše, ne može ubrzati sleganje, ali veće
opterećenje postiže veća sleganja u kraćem vremenu. Dodatno opterećenje se kasnije
ukloni.

Sl. 625:- Odnos između opterećenja i sleganja (Relation between Loading and Settlement)
1.7.2.1.1. Prethodno opterećenje bez vertikalnih drenova
Najjednostavnija primena metode prethodnog opterećenja sastoji se od nekoliko faza.
Nakon nanošenja prethodnog opterećenja jednakog opterećenju od planiranog objekta,
čeka se završetak konsolidacije (tj. oko 90%). Nakon toga, uklanja se navedeno
opterećenje i započinje izgradnja objekta (sl.625, 626). Na dijagramu e - log p uočavaju
se promene koje će u tlu izazvati prethodno opterećenje.

Sl.626:-Uticaj prethodnog opterećenja na koeficijent konsolidacije.
Da bi se ubrzala konsolidacija, vertikalni odvodi (pesak ili gotovi dren) često se koriste
sa predopterećenjem. Predopterećenjem, odnosno prethodnim opterećenjem, postiže se
konsolidacija tla pre izgradnje nekog objekta, time se smanjuje sleganje tla nakon
izgradnje. Ova metoda koristi se prilikom izgradnje zgrada, nasipa, saobraćajnica i drugih
objekata u cilju poboljšanja temeljnog tla.

Teret q1 izazvaće ukupno sleganje s1, u nekom vremenu t. Objekat, koji će na tlo predati
teret q2, znatno manji od predpoterećenja q1 (q2<<q1), izazvaće proporcionalno manje
sleganje s2<s1. Ako se zna da je konsolidaciono sleganje većim delom nepovratno, onda
se trajanje predopterećenja može programirati tako da izazove odgovarajući traženi
postotak sleganja (konsolidacije U%), koje bi izazvala predviđena građevina, a nakon

465/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
toga sleganja su dovoljno mala da ne mogu više imati štetan uticaj na stabilnost i
upotrebljivost te građevine. Nakon postignutog projektovanog (predviđenog) sleganja, i
to oko U = 90%, predopterećenje se zameni projektovanom građevinom (objektom).

Kada se postigne zadovoljavajući stepen konsolidacionog sleganja, nasipi se skidaju na
projektovanu kotu, a sleganje je ili završeno ili preostaje vrlo mali postotak koji ne šteti
budućoj nameni površine. Uobičajene visine nasipa za predopterećenje su 4-6 metara, i
uobičajeno izazovu sleganje od 0,3 do 1,0 metra.
Kada se predviđeno sleganje postigne, predopterećenje se zamjenjuje projektovanim
objektom.
Vrednost dodatnog, efektivnog napona ∆σ1, veća je za veći dodatni pritisak q1, što će
predopterećenje izazvati određeno konsolidaciono sleganje, u vremenu, dovoljno veliko
da bude jednako oko 80-90% ukupnog sleganja izazvano korisnim opterećenjem, sl. 627.

Sl. 627:- Raspodela dodatnog efektivnog napona ∆σ1 i ∆σ2<0.5 ∆σ1 po dubini za predopterećenje q1 i korisno opterećenje q2
Kod nekoherentnog tla predopterećenje izaziva povećanje gustine, a kod koherentnog tla
izaziva prethodnu konsolidaciju.
Na slici 628 prikazan je dijagram sleganja sa učinkom predopterećenja. Na slici vidi se
kako predopterećenje utiče na smanjenje sleganja.

Sl.628:- Odnos između predopterećenja i sleganja (Relation between Preloading and Settlement)
→ Sleganje usled prethodnog opterećenja proračunava se iz izraza:

&#3627408532;
&#3627408530;&#3627409359;
=
??????
&#3627409359;+&#3627408518;&#3627409358;
&#3627408516;
&#3627408516;&#3627408525;&#3627408528;&#3627408520;
&#3627408530;&#3627409359;+∆&#3627408530;
&#3627408530;&#3627409359;

gde je:
sq1 - sleganje usled prethodnog opterećenja
H - debljina konsolidujućeg sloja
e0 - početni koeficijent pora
Cc - modul kompresije
q1- početni vertikalni naponi
Δq - dodatni naponi usled predopterećenja.

466/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Uklanjanjem prethodnog opterećenja i izgradnje objekta, sleganje izazvano objektom
znatno je manje i iznosi:

&#3627408532;
&#3627408530;=
??????
&#3627409359;+&#3627408518;&#3627409358;
&#3627408516;
&#3627408531;&#3627408525;&#3627408528;&#3627408520;
&#3627408530;&#3627409359;+∆&#3627408530;
&#3627408530;&#3627409359;

gde je:
sq - sleganje usled opterećenja od objekta
Cr - modul rekompresije
e0 - početni koeficijent pora
Δq - dodatni naponi od objekta.

Za sprovođenje ove metode, osim poznavanja napona prethodne konsolidacije, potrebno
je znati i nosivost temeljnog tla, kako ne bi dodatnim opterećenjem izazvali pojavu loma
u tlu.
→ Jednodimenzionalna konsolidacija

Koeficijent konsolidacije u vertikalnom pravcu:

&#3627408464;
&#3627409160;=
&#3627408472;&#3627408448;
??????
&#3627409150;
&#3627408484;

gde je:
k - koeficijent filtracije
Mv - modul stišljivosti
γw - jedinična težina vode.
Koeficijent konsolidacije je takođe dat izrazom:
&#3627408464;
&#3627409160;=
&#3627408455;
??????&#3627408443;
2
&#3627408481;

gde je:
t - vreme konsolidacije
Tv - vremenski faktor
Hdr - debljina sloja kroz koji se vrši filtracija.

Dakle, PVD može ubrzati vreme konsolidacije jer može skratiti rastojanje odvoda porne
vode. Ako se ne koristi PVD, vreme konsolidacije prikazano je na slici 623a. Porna voda
teče u vertikalnom smeru prema koeficijentu vertikalne konsolidacije (cv) duž debljine
mekog sloja tla (Hd ili H, l…). Vreme konsolidacije (t) određuje se veličinom kvadrata
debljine sloja mekog tla (ovde Hd) podeljenim sa koeficijentom vertikalne konsolidacije
(cv).
&#3627408533;=
&#3627408507;∙??????
&#3627409360;
&#3627408516;&#3627408535;
ili &#3627408533;=
&#3627408507;∙??????
&#3627408517;
&#3627409360;
&#3627408516;&#3627408535;
ili &#3627408533;=
&#3627408507;∙??????
&#3627408517;&#3627408531;
&#3627409360;
&#3627408516;&#3627408535;
.
Stepen konsolidacije predstavlja odnos između obavljenog sleganja u nekom vremenu t i
ukupnog sleganja po obavljenoj konsolidaciji. Podaci vezani za stepen konsolidacije
izražavaju se kroz dijagrame ili tabelarno (sl.629) dok se sam stepen konsolidacije
izračunava složenim integrisanjem ili uz pomoć približnih izraza:
U < 60% &#3627408455;
&#3627409160;=
??????
4
&#3627408456;
2

U = 0,6 &#3627408455;
&#3627409160; = 0,286
U > 60% &#3627408455;
&#3627409160;=1.781−0.933 log (100−&#3627408456;%)
ili U > 0,6 &#3627408455;
&#3627409160;=− 0.933log(1−&#3627408456;)−0,085

Budući da kriva sa slike 617 i 619 ima takav oblik da joj se početni deo do U = 60%
može aproksimirati parabolom, a deo između U = 60 % i U = 90 % pravcem u
polulogaritamskom merilu, mogu se postaviti sledeći empirijski izrazi za veze između
stepena konsolidacije i bezdimenzionalnog vremenskog faktora.

467/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Smisao ove veličine je da se u nekom vremenu t ≠ t0, nakon nanošenja opterećenja, može
odrediti postotak od ukupnog sleganja koji će se u posmatranom vremenu ostvariti.

Sl. 629:- Zavisnost stepena konsolidacije od vremenskog faktora
Konačno sleganje dobija se po izrazu:

&#3627408480;
∞=
∆??????
&#3627408448;
??????
H=
&#3627408478;
&#3627408448;
??????
&#3627408443;, &#3627408448;
&#3627409160;=
&#3627408464;
??????∙&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627408472;

ili
ukupno sleganje je: &#3627408480;=∫
∆??????
&#3627408448;
&#3627408472;
&#3627408465;??????
&#3627408487;
0

Već je spomenuto da vreme konsolidacije raste sa kvadratom debljine sloja. Ako se taj
proces konsolidacije želi ubrzati, mora se smanjiti debljina sloja, odnosno skratiti put
vodi. Najčešće je to jedino moguće ugradnjom vertikalnih drenova, koji vertikalnu
konsolidaciju pretvaraju u radijalnu, sa znatno kraćim putem vode.

1.7.2.1.2. Predopterećenje uz primenu vertikalnih drenova:
Postupak se može ubrzati izvedbom vertikalnih drenova u malo propusnom tlu ispod
predopterećenja, što je prikazano na slici 630.
- Postupak nanošenja opterećenja na slabo nosivo tlo
- Dolazi do konsolidacije tla, povećava se nosivost i smanjuje deformabilnost
- Za konsolidaciju tla niske vodopropusnosti potrebno je mnogo vremena - nedostatak
- Za ubrzanje procesa konsolidacije koriste se vertikalni drenovi koji omogućavaju
radijalno dreniranje
- Kod izrade nasipa na slabo nosivom tlu koristi se predopterećenje radi skraćenja
vremena konsolidacije

Sl. 630:- Učinak predopterećenja i vertikalnih drenova sa označenim smerom kretanja čestica vode (Stapelfeldt, 2006.)

468/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2.2. Vertikalna drenaža, II način - radijalna konsolidacija
(ubrzanje sleganja vertikalnim drenovima).

Kako je već rečeno, proces sleganja tla usled vertikalnog dodatnog opterećenja može se
ubrzati izgradnjom vertikalnih drenova. Pri tome se proračuni sprovode uz korišćenje tzv.
teorije radijalne konsolidacije (Hausmann,1990). Vertikalni drenovi mogu se rasporediti
na razne načine, a na slici 630, 632, 633 i 638 pokazana su dva najčešće korišćena
rasporeda.
Šta je vertikalna drenaža?
- Konsolidacija se odvija samo u jednom pravcu.
- Vertikalna drenažna staza može biti znatno duža.
- Potrebno je više od 10 godina da se tlo potpuno konsoliduje.
- Porna voda će teći bočno - lateralno.
- Pritisak porne vode se smanjuje kako se sloj drenira i voda se prenosi kroz vertikalne drenove.

Kada se koriste PVD, vreme konsolidacije mekog tla prikazano je kao na slici 631. Porna
voda teče u horizontalnom smeru prema koeficijentu horizontalne konsolidacije (ch) duž
polovine rastojanja od PVD drena. Vreme
konsolidacije (t) određuje se kvadratom polovine
razmaka PVD drena podeljene sa koeficijentom
horizontalne konsolidacije (ch).
&#3627408533;=
(&#3627408507;
&#3627408521;∙&#3627408491;
&#3627408518;
&#3627409360;
)
&#3627408516;
&#3627408521;
ili &#3627408533;=
&#3627408507;∙&#3627408532;
&#3627409360;

&#3627408516;
&#3627408521;

&#3627408464;
ℎ=
&#3627408472;
ℎ
&#3627408474;
&#3627409168;∙&#3627409150;
&#3627408484;
→ ch=1-3cv

Sl. 631:- Proces konsolidacije sa PVD-om
Konsolidacija je u pravilu prostorna, a ne samo vertikalna. Često se u tlu koriste vertikalni
drenovi kojima se ubrzava sleganje tla, a oni izazivaju kretanje vode iz svoje okoline u
horizontalnom smeru (radijalno) prema svom centru, pa se uz to još odvija i vertikalna
konsolidacija.

Sl. 632:-Vertikalna drenaža: poprečni presek drenažnih stubova i osnova rasporeda drenova:
- kvadratni raspored i u obliku trougaone mreže

469/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Prema teoriji (Terzaghi, 1943.), vreme, t, potrebno da se odvije određeni postotak
konsolidacije, U%, zavisi između ostalog od kvadrata puta koji je potreban da pređe
čestica vode od mesta najvišeg do mesta najnižeg potencijala u posmatranom sloju tla.

&#3627408533;=
&#3627408507;∙??????
&#3627409360;
&#3627408516;
&#3627408535;

Vremenski bezdimenzionalni faktor T zavisi isključivo od prosečnog stepena
konsolidacije (T = f(U%)), a koeficijent konsolidacije cv od gustine vode i svojstava tla
(mv, k, γw). Ove dve vrednosti za određenu lokaciju i tlo ne mogu se menjati. Jedino je
put vode, H, vrednost pomoću koje se može regulisati vreme potrebno da se odvije željeni
stepen konsolidacije. Za postizanje ovakvog učinka pokazali su se idealni vertikalni
drenovi. Određivanjem njihovog međusobnog razmaka može se regulisati potreban
stepen konsolidacije, sl.633.
Na slici 633 vidi se da se čestice vode kreću u horizontalnom smeru, pa će se prethodna
formula prilagoditi novonastalim uslovima.

&#3627408533;=
(&#3627408507;
&#3627408521;∙&#3627408491;
&#3627408518;
&#3627409360;
)
&#3627408516;
&#3627408521;

gde su:
Th - odabrani vremenski faktor u horizontalnom pravcu,
&#3627408439;
&#3627408466;
2
=2&#3627408453;
&#3627408466; - prečnik valjkastog područja uticaja drena,
&#3627408464;
ℎ=
&#3627408472;
ℎ
&#3627408474;
&#3627409168;∙&#3627409150;
&#3627408484;
- koeficijent konsolidacije u horizontalnom pravcu,
kh - koeficijent filtracije u horizontalnom pravcu,
mv - koeficijent stišljivosti, recipročna vrednost modula stišljivosti i
γw - zapreminska težina vode.

Sl.633:- Skraćenje putanje čestica vode pri procesu konsolidacije primenom vertikalne drenaže

Diferencijalna jednačina za konsolidaciju kad je omogućeno dreniranje istovremeno u
vertikalnom i horizontalnom pravcu (prema, Craig, 1978):

&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408481;
=&#3627408464;
ℎ(
&#3627409173;
??????
2
&#3627409173;&#3627408479;
2
+
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408479;
)+&#3627408464;
&#3627408483;
&#3627409173;
??????
2
&#3627409173;&#3627408487;
2

Analogno prema rešenjima za jednodimenzionalnu konsolidaciju, definišu se prosečni
stepen i vremenski faktori - vremenski faktori za vertikalno i horizontalno dreniranje su:
- za vertikalno dreniranje Uv i &#3627408455;
&#3627408483;=
&#3627408464;
&#3627408483;∙&#3627408481;
&#3627408443;
2
, a
- za radijalno dreniranje Ur i &#3627408455;
&#3627408479;=
&#3627408464;
ℎ∙&#3627408481;
4&#3627408453;
2
-

470/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Zajednički prosečni stepen konsolidacije &#3627408456; dobije se prema obrascu:
(1-&#3627408456;) = (1-&#3627408456;v) ∙ (1-&#3627408456;r)
Napomena:Koeficijent propusnosti,k, je obično veći u horizontalnom nego u vertikalnom
smeru pa je zato ch > cv, tj. (ch ≈2cv).

Na primer, svojstva gline obično su:

&#3627408464;
&#3627408483;=4.7
&#3627408474;
2
&#3627408468;&#3627408476;&#3627408465;.
,&#3627408464;
ℎ=7.9
&#3627408474;
2
&#3627408468;&#3627408476;&#3627408465;.
?????? &#3627408440;
&#3627408476;&#3627408466;&#3627408465;=4000
&#3627408472;&#3627408449;
&#3627408474;
2
.

&#3627408464;
ℎ=
&#3627408472;
ℎ
&#3627408474;
&#3627409168;∙&#3627409150;
&#3627408484;
→ ch=1-3cv

Konačno sleganje sloja gline je:
&#3627408484;
&#3627408472;=
∆??????
,
∙&#3627408465;
&#3627408440;
&#3627408476;&#3627408466;&#3627408465;

Poluprečnik uticaja pojedinog drena, R, određuje se kao funkcija njihovog razmaka, s.

R = n∙rd - poluprečnik uticaja drena - poluprečnik uticaja pojedinog drena, R, određuje
se kao funkcija njihovog razmaka, s - za kvadratni raspored R = 0.56 c
rd - poluprečnik peščanog drena
n - uticajni koeficijent iz dijagrama: veza vremenskog faktora i prosečnog stepena
konsolidacije za radijalno dreniranje.

Sl.634:- Dijagram odnosa Ur i Tr (a) i dijagram za grafičku interpolaciju (b) (dorađeno,Craig, 1978)

Tabela 63 - koeficijent uticaja- n i odnosa Ur i Tr

Koeficijent vodopropusnosti gline može se izračunati po izrazima:
&#3627408472;=&#3627408464;
&#3627408483;∙&#3627408474;
&#3627408483;∙&#3627409150;
&#3627408484; =
&#3627408464;
&#3627408483;∙&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627408448;
&#3627408483;
, , &#3627408448;
&#3627409160;=
&#3627408464;
??????∙&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627408472;

- Vertikalna, Uv i radijalna, Ur konsolidacija
- Vremenski faktori za vertikalno i horizontalno dreniranje Tv i Tr

1.7.2.2.1. Razvoj teorije vertikalnog odvoda
Većina praktičnih problema konsolidacije su trodimenzionalni (3-D). Zbog toga je
potrebno modifikovati teoriju "jedinične ćelije" kako bi se koristila za numeričko
modelovanje praktičnih problema. Radi jednostavnosti, obično se usvajaju
dvodimenzionalna rešenja deformacija. Da bi se primenila realna dvodimenzionalna

471/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
analiza ravne deformacije za vertikalne odvode, treba uspostaviti odgovarajuću
ekvivalenciju između ravanske deformacije i osno-simetrične analize (ekvivalentan
prečnik vertikalnog drena) u smislu konsolidacionog sleganja.

Da bi se ova pojava mogla razmatrati potrebno je da budu zadovoljene sledeće
pretpostavke:
1. tlo je potpuno zasićeno;
2. čestice tla i vode su nestišljive;
3. važi Darcy-ev zakon;
4. deformacija je mala;
5. stišljivost u tlu se odvija isključivo u vertilalnom smeru;
6. koeficijent stišljivosti je nepromenjiv.

Smanjenjem poroziteta menjaju se svi ulazni računski parametri, pa u svim drugim
slučajevima pretpostavke nisu tačne.

Analitička rešenja koja su već razvijena za konsolidaciju tla poboljšana vertikalnim
drenovima uvek koriste model „jedinične ćelije“, kao što je prikazano na slici 638 i 639.

Teorijom za radijalnu konsolidaciju drenaže bavili su se mnogi istraživači (Rendulić,
1936; Carrillo, 1942; Barron, 1948; Ioshikuni i Nakanode, 1974; Craig, 1978; Hansbo,
1981; Onoue, 1988; Zeng i Ksie, 1989).

Rendulić (1936) je formulisao i rešio diferencijalnu jednačinu za jednodimenzionalnu
vertikalnu kompresiju radijalnim protocima:

&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408481;
=&#3627408464;
ℎ(
&#3627409173;
??????
2
&#3627409173;&#3627408479;
2
+
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408479;
) (1)

gde je r koordinata, a ch horizontalni koeficijent konsolidacije (ch = kh/ γw mv).

Carillo (1942) i Craig, (1978) pokazali su da je za radijalnu drenažu i povezanu
jednodimenzionalnu (1-D) konsolidaciju višak pritiska vode u porama ur, z ili (ur, v) dat sa:

&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408481;
=&#3627408464;
ℎ(
&#3627409173;
??????
2
&#3627409173;&#3627408479;
2
+
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408456;
&#3627409173;&#3627408479;
)+&#3627408464;
&#3627408483;
&#3627409173;
??????
2
&#3627409173;&#3627408487;
2
(2)

&#3627408456;r,z = &#3627408456;r&#3627408456;z/&#3627408456;0 ili &#3627408456;r,v = &#3627408456;r&#3627408456;v/&#3627408456;0

Zajednički prosečni stepen konsolidacije &#3627408456; dobije se prema obrascu:
(1-&#3627408456;) = (1-&#3627408456;v) ∙ (1-&#3627408456;r) (3)
gde je &#3627408456; prosečni stepen konsolidacije gline u trenutku t za kombinovani vertikalni i
radijalni protok, a &#3627408456;v i &#3627408456;r su prosečni stepen konsolidacije u trenutku t za vertikalni i
radijalni protok.
Treba napomenuti da su i Rendulićeva i Carillova rešenja namenjena samo „idealnim“
odvodima (beskonačni kapacitet odvodnjavanja bez poremećene zone).

Uobičajena teorija radijalne konsolidacije obično se koristi za predviđanje ponašanja
vertikalnih drenova u mekoj glini. Darsijeva matematička formulacija zasniva se na
teoriji malih deformacija, gde se za dati obim napona pretpostavlja konstantna
zapreminska kompresibilnost (mv) i konstantni koeficijent bočne propustnosti (kh)
(Barron, 1948; Hansbo, 1981).

Međutim, vrednost mv varira duž krive konsolidacije u širokom obimu primenjenog
pritiska (∆p). Na isti način kh se takođe menja sa odnosom poroznosti (e) Indraratna i sar.
(2005c) zamenili su mv indeksima stišljivosti (Cc i Cr), koji definišu nagibe odnosa e-logσ'.

472/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Dakle, varijacija koeficijenta horizontalne propustnosti (kh) sa odnosom poroznosti (e)
tokom konsolidacije predstavljena je odnosom e-logkh koji ima nagib Ck.

→ Glavne pretpostavke date su (Indraratna i sar., 2005c, 2008):

Prema Indraratni i dr. (2005b), stopa disipacije prosečnog odnosa viška pornog pritiska
(Ru =&#3627408482;
&#3627408481;/ ∆p) u bilo kojem vremenskom faktoru (Th) može se izraziti kao:
- odnos šupljina (e) - efektivni napon (σ') i
- odnosi poroznosti (e) - odnos propustnosti (Ck),
za normalno konsolidovane gline mogu se izraziti kao (Tavenas i sar., 1983):
&#3627408466; = e0 - Cc log σ'/σ'i (4)
&#3627408466; = e0 + Ck log kh/khi (5)
1. Odnos između prosečnog odnosa šupljina (poroznosti- e0 početni koeficijent pora) i
logaritma prosečnog efektivnog napona u normalno konsolidovanom obimu (sl.635)
može se izraziti:
&#3627408466; = e0 - Cc log (σ'/??????
&#3627408470;
,
). (4)
Ako je trenutni vertikalni efektivni napon (σ’) manji od &#3627408477;
&#3627408464;
,
, tada se za ovaj prekomerni
obim koristi indeks ponovne kompresije (Cr) umesto Cc.

Sl.635:-Kriva kompresije tla - e-log ’
(Indraratna i sar., 2005c)

2. Za radijalnu drenažu, horizontalna propustnost tla (kh) opada sa prosečnim odnosom
šupljina (sl.636). Odnos između ova dva parametra daju Tavenas i sar. (1983):
&#3627408466; = e0 +Ck log (
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
ℎ??????
). (5)
gde je Cc indeks kompresije, a Ck indeks propustnosti (Ck ≈0,5eo). Indeks propustnosti
(Ck) generalno se smatra nezavisnim od istorije napona (&#3627408477;
&#3627408464;
,
), kako su objasnili Nagaraj i
sar. (1994).

Sl.636:-Polulogaritamski odnos između e-logkh i poroznosti
(Indraratna,2005c,2008).

3. Smatra se da raspodela vakuumskog pritiska duž granice drena linearno varira od -p0
na vrhu do -k1p0 na dnu, pri čemu je k1 odnos između vakuuma na vrhu i dnu drena
(sl. 637), Indraratna,(2005c,2008).

473/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.637:-Šeme cilindričnih jediničnih ćelija sa vertikalnim odvodima -linearna raspodela vakuumskog
pritiska: (a) membranski sistem i (b) sistem bez membrana (doradđeno,Indraratna,(2005c,2008).

Sl. 638:- Teorija radijalne konsolidacije - analiza osno-simetričnih jedinica

Kako je već rečeno, većina praktičnih problema konsolidacije su trodimenzionalni (3-D).
Zbog toga je potrebno modifikovati teoriju "jedinične ćelije" kako bi se koristila za
numeričko modelovanje praktičnih problema. Da bi se primenila realna
dvodimenzionalna analiza ravne deformacije za vertikalne odvode, treba uspostaviti
odgovarajuću ekvivalenciju između ravanske deformacije i osno-simetrične analize
(ekvivalentni prečnik vertikalnog drena) u smislu konsolidacionog sleganja.

Na slici 638 i 639 prikazana je konverzija osno-simetričnog vertikalnog odvoda u
ekvivalentni odvodni “zid”. To se može postići na nekoliko načina (Hird i sar., 1992;
Indraratna i Redana, 1997), Rujikiatkamjorn i sar. 2008):
1- Geometrijsko podudaranje - razmak drenova se podudara uz održavanje istog
koeficijenta propusnosti;
2- Podudaranje propusnosti - koeficijent propusnosti se podudara uz zadržavanje istog
razmaka odvoda; i
3- Kombinacija (1) i (2), sa ravnomernom propusnošću deformacija izračunatom za
odgovarajući razmak drenova, Shinsha i sar. (1982), Hird i sar. (1992), Bergado i Long (1994),
Chai i sar. (1995), i Indraratna i Redana (1997), Indraratna i sar. (2005a)

474/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2.2.2. Ekvivalentno rešenje ravne deformacije

Teorija konsolidacije vertikalnih drenova (odvoda) u osno-simetričnim uslovima stekla
je široku prihvaćenost u geotehničkom inženjerstvu zbog svoje jednostavnosti. Prema
Hansbo-u (1981), za osno-simetrični tok prosečni stepen konsolidacije &#3627408456;
ℎ na
horizontalnoj ravni na dubini z i u vremenu t može se predvideti iz:

&#3627408456;
ℎ=1−&#3627408466;&#3627408485;&#3627408477;(−
8&#3627408455;
ℎ
&#3627409159;
) (1)
gde su Th faktor vremena, efekat poremećenja i otpor drena (μ) dati kao:

&#3627409159;=&#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+(
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
ℎ
,)&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0.75+&#3627409163;(2&#3627408473;??????−??????
2
)
&#3627408472;
ℎ
&#3627408478;&#3627408484;
(2)
gde su:
- n = R/rw, gde je R poluprečnik zone uticaja drena, a rw poluprečnik odvoda;
- s = rs/rw, gde je rs poluprečnik poremećene zone;
- l ili H je dužina drena koji ima jednosmernu drenažu ili polovina ove vrednosti za
dvosmernu odvodnju;
- z je dubina drena koji se razmatra;
- qw je kapacitet ispuštanja odvoda; i
- kh i &#3627408524;
&#3627408521;
,
su koeficijenti horizontalne propusnosti izvan i unutar poremećene zone.

Gornji parametri šematski su definisani na slici 638 i 639.

Sl.639:- Konverzija
osnosimetrične jedinične ćelije
u ravno stanje deformacije
(dorađeno, Indraratna i Redana,
2000)

475/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U jednačini (2), konačni član predstavlja otpor drena, koji je funkcija dužine odvoda l ili
(H) i dubine z za l > z i obrnuto je proporcionalan kapacitetu odvođenja drena (qw).

Indraratna i Redana (1997) pokazali su da se stepan konsolidacije na dubini z u ravnom
stanju deformacija može predstaviti sa:

&#3627408456;
ℎ&#3627408477;=1−
&#3627408482;
&#3627408482;
0
=1−&#3627408466;&#3627408485;&#3627408477;(
−8&#3627408455;
ℎ&#3627408477;
&#3627409159;
&#3627408477;
) (3)
gde je &#3627408534;
&#3627409358; početni porni pritisak, &#3627408534; pritisak tla u vremenu t (prosečne vrednosti), Thp je
faktor vremena u ravni deformacije, i

&#3627409159;
&#3627408477;=[&#3627409148;+&#3627409149;
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
,+??????(2&#3627408473;??????−??????
2
)] (4)
gde su khp i &#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
,
neometane horizontalne i odgovarajuće propusnosti poremećene zone.

Zanemarujući pojmove višeg reda, geometrijski parametri α i β i pojam protoka θ dati su
izrazom:
&#3627409148;=
2
3
−
2&#3627408463;
&#3627408480;
&#3627408437;
(1−
&#3627408463;
&#3627408480;
&#3627408437;
+
&#3627408463;
&#3627408480;
2
3&#3627408437;
2
) (4a)

&#3627409149;=
1
&#3627408437;
2
(&#3627408463;
&#3627408480;−&#3627408463;
&#3627408484;)
2
+
&#3627408463;
&#3627408480;
3&#3627408437;
3
(3&#3627408463;
&#3627408484;
2
−&#3627408463;
&#3627408480;
2
) (4b)

i ??????=
2&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
2
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
,(1−
&#3627408463;
&#3627408484;
&#3627408437;
) (4c)

gde je qz = 2qw/πB ekvivalentni kapacitet odvodnje drena u ravni deformacija, a dimenzije
B, bs i bw definisane su na slici 639.

Na zadatom nivou napona, da bi se održao isti stepen konsolidacije u svakom
vremenskom koraku, prosečni stepen konsolidacije i za osno-simetrični (&#3627408508;
&#3627408521;) i
ekvivalentni ravan deformacija (&#3627408508;
&#3627408521;&#3627408529;) postaju jednaki, zato:
&#3627408508;
&#3627408521; = &#3627408508;
&#3627408521;&#3627408529; (5)
Kombinacijom jed. (3) i (5) sa originalnom Hansbo (1981) teorijom (jed.1) definiše odnos
vremenskog faktora sledećom jednačinom:

&#3627408455;
ℎ&#3627408477;
&#3627408455;
ℎ
=
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
&#3627408472;
ℎ
&#3627408453;
2
&#3627408437;
2
=
&#3627409159;
&#3627408477;
&#3627409159;
(6)

Indraratna i Redana (1997) pokazali su da ako se uzme da je poluprečnik osno-simetrične
zone uticaja pojedinog drena (R) jednak polovini širine (B) u ravni deformacije, sl.639,
onda ekvivalentna propusnost modela između khp i &#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
,
određuje se sa:

&#3627408472;
ℎ&#3627408477;=
&#3627408472;
ℎ[&#3627409148;+(&#3627409149;)
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
,+(&#3627409155;)(2&#3627408473;&#3627408487;−&#3627408487;
2
)]
[&#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+(
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
ℎ
,)&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0.75+??????(2&#3627408473;&#3627408487;−&#3627408487;
2
)
&#3627408472;
ℎ
&#3627408478;&#3627408484;
]
(7)

Povezani geometrijski parametri α, β i pojam protoka θ dati su jed. (4a), (4b) i (4c), a qz
je: qz = 2qw/πB ekvivalentni kapacitet pražnjenja u ravni deformacija.

Treba naglasiti da se ekvivalentni koeficijent propusnosti khp pojavljuje na obe strane
jednadnačine (7). Rešenje se zato mora dobiti iteracijom sa početnim pretpostavljenim
odnosom &#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;/&#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
’
, gde je &#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
’
, ekvivalentni koeficijent propusnosti u poremećenoj zoni.

Ako se zanemare otpor prema poremećenju i drenu, pojednostavljeni odnos ravanske
deformacije i osno-simetrične horizontalne propusnosti kh predstavlja:

476/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
&#3627408472;
ℎ
=
0.67
[&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408475;)−0.75]
(8)

Ako se zanemari učinak otpora na drenu, propusnost u poremećenoj zoni može se
izolovati zanemarivanjem konačnih članova imenioca i brojioca u jednačini (7) dati su:

&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
,
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
=
&#3627409149;
&#3627408472;
ℎ&#3627408477;
&#3627408472;
ℎ
[&#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+(
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
ℎ
,)&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0.75]−&#3627409148;
(9)

Prvo treba odrediti vrednost kh (laboratorijski ili terenski), sa naknadnom konverzijom u
khp pomoću jed.(8). Jednom kada je khp poznat, &#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
,
se može izračunati iz bilo koje jed.(7)
i za poremećenje i otpor drena ili jed. (9) samo za poremećenje. &#3627408524;
&#3627408521;
,
određuje se uzimanjem
uzoraka horizontalnog jezgra u konsolidometru velikih razmera i određivanjem smanjene
propusnosti unutar zone poremećenja (Indraratna i Redana 1998). Redana (1999) je
potvrdio da je razlika između osno-simetričnih i ekvivalentnih ravnih deformacija
(sleganje i pritisak u porama) je mala za niz svojstava tla i parametara drena.

Rešenje jedn. (7) zahteva ulaznu vrednost khp (ili odnos khp/kh). Dok je jedn. (8) može se
smatrati posebnim slučajem jednačine (7) takođe može se izvesti iz prvih principa bez
razmatranja otpornosti na poremećenje ili drenove. U nedostatku alternativne
matematičke formulacije, veličina khp izračunata eksplicitno iz jednačine [8] upotreba
poznate vrednosti kh je verovatno bolja od bilo koje pretpostavljene vrednosti khp.
Alternativno, može se pretpostaviti razuman odnos khp/kh za dato tlo i raditi kroz jed. (7).
Prema mišljenju autora, aproksimacija khp na osnovu jedn. (8) dovoljno je da izračuna
khp/&#3627408524;
&#3627408521;&#3627408529;
,
odnos i da olakša numeričku iteraciju (imajući na umu da se khp pojavljuje na obe
strane jednačine 7).

Iako ovaj pristup matematički nije savršen, on ipak služi u svrhu dobijanja realnog rešenja
za propusnost poremećene zone (ravne deformaije), koje je potrebno za naknadnu analizu
konačnih elemenata.
Za dati dren kapacitet odvodnjavanja (pražnjenja) qw, ekvivalentni kapacitet
odvodnjavanja qz deformacije može se odrediti uzimajući u obzir konsolidacionu
ekvivalenciju ili geometrijsku ekvivalenciju ili kombinaciju oba. Hird i sar. (1992)
predložili su da se razmak drenova osno-simetričnog i ravnog sistema deformacija može
zadržati na istom, tako da se rezultirajući uslovi vremenskog faktora mogu podudarati.
Ovaj pristup sličan je stvaranju R = B u jednačini, (6). Naknadno pojednostavljenje daje
(Hird i sar 1992).
&#3627408478;
&#3627408487;=
2
??????&#3627408437;
&#3627408478;
&#3627408484; (10a)
Gornja jednačina takođe se može izvesti geometrijskom konverzijom. Za jediničnu
dužinu drena, pod pretpostavkom da je prosečni protok preko preseka jedinične ćelije (tj.
zone uticaja) svakog sistema jednak, može se napisati sledeća jednačina:

&#3627408478;
??????
2&#3627408437;∙1
=
&#3627408478;
&#3627408484;
??????&#3627408453;
2
(10b)

Da bi se dobio isti stepen konsolidacije i u osno-simetričnom i u ravanskoj deformaciji,
moguće je zadržati slične dimenzije između dva sistema, ako se propusnost transformiše.
Ovaj pristup podudaranja propusnosti pogodan je ako je zona poremećenja prosečna na
celom području između drenova (Hird i sar. 1992; Russell i sar. 1999).
Međutim, realnije proširenje ovog pristupa je da se jasno identifikuje (kvantifikuje)
geometrija poremećene zone.

477/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U takvom „eksplicitnom“ modeliranju poremećena zona, kao što je predstavljeno, širina
jedinične ćelije drena i okoline poremećene zone ostaje ista i za osno-simetrični i za ravni
model deformacija, ali se osno-simetrična propusnost pretvara u ekvivalentnu vrednost
ravanske deformacije. Drugim rečima, pola širine drena (bw) i polovina širine poremećene
zone (bs) u ravni deformacije uzimaju se jednake njihovim odgovarajućim osno-
simetričnim poluprečnicima, što daje
bw = rw i bs = rs (11)
Hansbo (1979) je predložio da se ekvivalentni prečnik odvoda (dw) ili poluprečnik (rw)
za odvodne trake može odrediti „perimetarskim ekvivalentom“ dati:

&#3627408465;
&#3627408484;=
2(&#3627408462;+&#3627408463;)
??????
ili &#3627408479;
&#3627408484;=
&#3627408462;+&#3627408463;
??????
(12a)

Naknadne analize konačnih elemenata uzimajući u obzir: 1. oblik drena i 2. efektivno
područje odvodnjavanja rezultirale su preporukom da se ekvivalentni prečnik drena za
numeričku analizu može predstaviti prosekom debljine i širine drena (odvoda) (tj.
pristupa efektivne debljine; Rixner i sar 1986, dati):

&#3627408465;
&#3627408484;=
&#3627408462;+&#3627408463;
2
ili &#3627408479;
&#3627408484;=
&#3627408462;+&#3627408463;
4
(12b)

gde je a montažna širina vertikalnog dena (PVD), a b debljina PVD-a, slika 624 i 643.

Razlika između rw za jed. (12a) i (12b) je obično mali. Na primer, tipične PVD dimenzije
koje se razmatraju su reda veličine 100 mm×3 mm. Jedn. (12a) i (12b) daju rw = 0,03 m
kada se zaokruže na dve decimale. Prema iskustvu autora, za većinu trakastih drenova
(obično sličnih dimenzija) razlika između gornje dve jednačine nije dovoljno značajna da
utiče na pomake i porni pritisak izračunate u analizi konačnih elemenata sa više drenova.

Jednostavnu približnu metodu konsolidacije pomoću vertikalnih drenova PVD predložili
su Chai i sar. (2001). Budući da PVD povećava masenu propustnost tla u vertikalnom
smeru, logično je uspostaviti vrednost za vertikalnu propusnost koja približno predstavlja
efekat vertikalne drenaže prirodnog tla i radijalnu propustnost prema PVD.

Ova ekvivalentna vertikalna propustnost (kve) izvedena je iz jednakog prosečnog stepena
konsolidacije pod jednodimenzionalnim (1-D) uslovima. Da bi se dobio jednostavan izraz
za kve, predložena je jednačina aproksimacije za konsolidaciju u vertikalnom smeru:
&#3627408456;
&#3627408483;=1−&#3627408466;
(−&#3627408438;
&#3627408465;∙&#3627408455;
&#3627408483;)
(13)

gde je Tv vremenski faktor vertikalne konsolidacije, a Cd = konstanta = 3,54.

Ekvivalent vertikalne propusnosti, kve, može se izraziti kao:

&#3627408472;
&#3627408483;&#3627408466;=(1+
2.5&#3627408473;
2
&#3627408472;
ℎ
&#3627409159;&#3627408439;
&#3627408466;
2
&#3627408472;
&#3627408483;
)&#3627408472;
&#3627408483; (14)

gde je je l dužina odvoda, De ekvivalentni prečnik jedinične ćelije i μ:

&#3627409159;=&#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
&#3627408480;
&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−
3
4
+
??????2&#3627408473;
2
&#3627408472;
ℎ
3&#3627408478;
&#3627408484;
(15)

ili &#3627409159;=&#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
ℎ
,&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0,75+&#3627409163;(2&#3627408473;??????−??????
2
)
&#3627408472;
ℎ
&#3627408478;
&#3627408484;
(15a)

Za vrednosti, μ, Stapelfeldt daje izraz:

&#3627409159;=
&#3627408475;
2
&#3627408475;
2
−1
&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408475;)−
3&#3627408475;
2
−1
4&#3627408475;
2
(16)

μ - grupa parametara koji predstavljaju geometriju vertikalnog drenažnog sistema i
efekat poremećenja.

478/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Za praktičnu primenu koristiti se izraz:

&#3627408441;=&#3627408441;(&#3627408475;)+&#3627408441;
&#3627408480;+&#3627408441;
&#3627408479;= &#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
&#3627408484;
&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0,75+&#3627409163;??????(2&#3627408473;−??????
2
)
&#3627408472;
ℎ
&#3627408478;
&#3627408484;
(17)
gde je s = rs/rw (prema slici), a kw je smanjena propusnost u poremećenom području.

Uobičajeni razmak drenova je određen na način da je veličina n >12,
gde je n >12 → (n=Re/rw), n je funkcija Re i rw, tj. F(n) = μ.

F funkcija koja se sastoji od tri dela: F=F(n)+Fs+Fr
gde je:
- F(n) zavisi od razmaka drenova (n=Re/rw);
- Fs je posledica poremećenja tla pri ugradnji drena (poremećeno područje poluprečnika rs),
- Fr zavisi od otpora koji tečenju pruža sam dren, vidi 1.7.2.4.5. Otpor drena.

U slučaju kad postoji samo učinak poremećenog područja tada se za parametar F može
pisati:
&#3627408441;=&#3627408441;(&#3627408475;)+&#3627408441;
&#3627408480;= &#3627408473;&#3627408475;(
&#3627408475;
&#3627408480;
)+
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;&#3627408484;
&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)−0,75 (18)
Dakle, pre početka proračuna primarne konsolidacije, neophodno je pojasniti neke
pojmove...

→ Ekvivalentni prečnik odvodnog drena

Većina PVD-a je u obliku trake (vidi sl.624, 633 i 641), u teoriji radijalne konsolidacije
odvodni dren obično se pretpostavlja da je cilindar sa ekvivalentnim prečnikom dw. Brojni
pristupi poput ravnoteže u području ili obimu i pojednostavljeni oblik prosečne vrednosti
dve strane poprečnog preseka drena predloženi su proteklih godina za utvrđivanje dw.
Kako obim drena određuje spoljnu kontaktnu površinu drena sa tlom, to ima veći uticaj
na kapacitet dreniranja, to je razlog zašto se većina studija i praksa odnosi na obim
ekvivalentnog prečnika.

Prema ovoj teoriji, jedinična ćelija cilindra u središtu drena ima prečnik de (poluprečnik
re) koji predstavlja uticaj drenaže na odvod; drenažni bunar ima ekvivalentni prečnik dw,
dok je l ili H ugradna dubina drena, a S označava rastojanje između drenova. Slika 640
prikazuje dvostruku drenažu gde su gornja i donja površina propusne, ali imajući na umu
da većina in situ slučajeva ima samo uzlazni tok. Karakteristike ovih parametara
razmatraju se u sledećim delovima.

Sl.640:- Osnovni koncept teorije radijalne konsolidacije - osno simetrični model stanja oko vertikalnog drena
potrebno za proračun stepena konsolidacije U %,(Barron, 1948)

479/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Efekat poremećene - „Smear zone“ (rs ili bs) - poremećena („zaprljana“) zona je oblast
koja neposredno okružuje dren tokom ugradnje i koja može prouzrokovati značajne
smetnje u izvornom tlu. Ovaj efekat poremećene zone utiče na propusnost i dovodi do
različitih stepena konsolidacije tla, zbog toga su uloženi veliki napori u određivanju
veličine, tj. i svojstava tla u zoni poremećenja.
- Zona uticaja (de ili be) ili R=B je granica radijalne drenaže jedinične ćelije čiji se prečnik
procenjuje pomoću šema ugradnje koje obično uključuju trougaone i kvadratne šeme.
Prečnik zone uticaja za trougaone i kvadratne šeme je 1,092 i 1,05 puta veći od razmaka
drena S (Rujikiatkamjorn, 2005), što je veći razmak drena, veća je zona uticaja, ali je
stepen konsolidacije niži.

Vertikalni odvodi postavljaju se u kvadratnom ili trouglastom obliku (sl.632). Područje
prekriveno pornom vodom koja teče u jedan odvod poznato je kao zona uticaja.
Odgovarajući prečnik ekvivalentne kružne površine mora se izračunati za pretvaranje
kvadratnih ili heksagonalnih zona uticaja za analitička rešenja. Odgovarajući radijus
uticaja, re za raspored trougaonih i kvadratnih razmaka, zavisi od razmaka drena, Sp za:
re = 0.564Sp (Kvadratni raspored); re = 0.525Sp (Trougaoni raspored.)

Kada su definisni neki pojmovi kosolidacije, neophodno ih je detaljnije objasnit kako
sledi.
1.7.2.3. Faktori koji utiču na konsolidaciju tla oko PVD-a
Kao što je gore rečeno, glavni faktori koji utiču na konsolidaciju tla oko PVD-a su
parametri tla, ch i kh, svojstva poremećene zone, ds i ks, i svojstva PVD, qw.

1.7.2.3.1. Parametri tla ch i kh
Jednom kada imamo uspostavljene teorije konsolidacije, sledeći korak projektovanja je
jednako važan kao unošenje parametara tla i dobijanje odgovora. Međutim, određivanje
parametara tla i dalje je jedan od najizazovnijih zadataka sa kojima se suočavaju inženjeri
geotehnike. Sa jedne strane, moramo dobiti vrednost za svaki parametar tla. Sa druge
strane, malo je parametara tla konstantno. Na primer, pretpostavlja se da je koeficijent
konsolidacije, cv ili ch, konstanta bilo u Tercagijevoj ili Baronovoj teoriji konsolidacije.
Nažalost, u praksi ni cv ni ch za meko tlo nisu konstanta. Na njegovu vrednost utiču mnogi
faktori, kao što je odnos prekomerne konsolidacije (Over-Consolidation Ratio, OCR),
stanje napona, struktura tla, pa čak i način određivanja (Holtz i Kovacs 1981; Chu i sar.
2002). Kao takav, izbor cv ili ch mora biti zasnovan na uslovima napona in situ i
očekivanim promenama napona.
Koeficijent propusnosti kh je još jedan ključni parametar potreban za projektovanje
vertikalne drenaže - odvoda. Međutim, događa se da je koeficijent propusnosti tla jedan
od najtežih parametara tla koji se određuju. To je delimično zbog toga što koeficijent
propusnosti tla ima najširi raspon varijacija među svim parametrima tla. Njegova vrednost
može varirati od 10
-11
m/s za meku glinu do 10
-3
m/s za pesak i šljunak, što je promena od
10
8
puta. Iako je propusnost tla, koja se mora tretirati vertikalnim drenovima, obično
niska, greška uključena u procenu propusnosti može se i dalje kretati od 10 do 100 puta
tokom procesa konsolidacije. Pogreška jednog reda veličine u propusnosti može
rezultirati greškom istog reda veličine u vremenu potrebnom za postizanje određenog
stepena konsolidacije na osnovu Tercagijeve teorije konsolidacije kao što pokazuju Bo i
sar. (2003). Uopšte parametri konsolidacije tla mogu se odrediti laboratorijskim
ispitivanjima, testovima na licu mesta, povratnim proračunom iz terenskih merenja ili
njihovom kombinacijom - ovde se neće raspravljati o tome.

480/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2.4. Teorije vertikalnog odvoda (dreniranja) - Teorije radijalne konsolidacije

U prošlosti razvijena su brojna analitička rešenja za konsolidaciju tla poboljšanog
vertikalnim drenovima (Carrillo 1942; Barron 1948; Yoshikuni i Nakanode 1974;
Hansbo 1981; Onoue 1988; i Zeng i Xie 1989).

Većina teorija usvojila je model "jedinične ćelije" prikazan na slici 641, 643. Ovde je
dren u obliku trake idealizovan u kružni odvod ekvivalentnog prečnika dw = 2 (a + b)/π
kako je predložio Hansbo (1979). Predloženo je nekoliko drugih metoda za izračunavanje
ekvivalentnog prečnika PVD kako su ih pregledali Indraratna i sar. (2005.a). Međutim,
razlike u različitim metodama su male i Hansboova metoda je obično prihvaćena.

Sl.641:- Model jedinične ćelije (a) savršenog drena i (b) drena sa poremećenom zonom.
Razni tipovi vertikalnih drenova, uključujući drenove od peska, stubove od zbijenog
peska, gotove vertikalne drenove (PVD) i šljunčane stubove, često su se koristili u
prošlosti. Osim sve većih troškova eksploatacije peska i strogih ekoloških propisa u
mnogim zemljama, konvencionalni drenovi od peska na koje može negativno uticati
bočno pomeranje tla, fleksibilni PVD sistemi koji se relativno brzo ugrađuju, česta su
zamena za drenove od peska i šljunčane stubove. Najčešći drenovi u obliku trake (fitilj)
imaju dimenzije poprečnog preseka 100 mm×4 mm. Za potrebe projektovanja,
pravougaoni presek (širina-a, debljina-b) mora biti pretvoren u ekvivalentni prečnik, dw,
jer konvencionalna teorija radijalne konsolidacije pretpostavlja kružne odvode (sl.640 i
641, 643).
1.7.2.4.1. Ekvivalentni prečnik drena (odvoda) - iako je većina PVD-a u obliku trake,
u teoriji radijalne konsolidacije obično se pretpostavlja da je odvodni dren cilindar sa
ekvivalentnim prečnikom. Brojni pristupi poput ravnoteže na površini (Fellenius i
Castonguai, 1985) ili obimu (Hansbo, 1979; Raves, 1997) i pojednostavljeni oblik
prosečne vrednosti dve strane poprečnog preseka drena predloženi su tokom poslednjih
godina za utvrđivanje. Kako obim drena određuje spoljnu kontaktnu površinu drena sa
tlom, to ima veći uticaj na kapacitet pražnjenja (odvodnjavanja), zato se većina studija u
praksi odnose na (obim-perimetar) ekvivalentnog prečnika.

Dakle, većina montažnih drenova ima pravougaoni presek (u obliku trake, sl.643), ali za
potrebe projektovanja, pravougaoni presek (širina a, debljina b) mora se pretvoriti u
ekvivalentni krug prečnika dw, jer konvencionalna teorija radijalne konsolidacije

481/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
pretpostavlja da su odvodi-drenovi kružni. Sledeća tipična jednačina koristi se za
određivanje ekvivalentnog prečnika drena:
dw = 2 (a + b)/π ili rw = a+b/π (1)

Sl. 642:- Tipični sintetički montažni vertikalni
dren (odvod).

Sl.643:- Konceptualna ilustracija PVD u obliku trake i ekvivalentnog prečnika drenažnog bunara,a i
određivanje - procena ekvivalentnog prečnika vertikalnih drenova u obliku trake,b (Indraratna i sar., 2005f)

Atkinson i Eldred (1981) predložili su da se na jednačinu primeni faktor smanjenja π/4,
jed.(3) da se uzme u obzir ugaoni efekat, gde se linije protoka brzo konvergiraju. Iz studija
konačnih elemenata, Rikner i sar. (1986) predložili da
dw = (a + b)/2 ili rw = a+b/4 (2)
Pradhan i sar. (1993) predložili su da se ekvivalentni prečnik odvoda u obliku trake
proceni uzimajući u obzir mrežu protoka oko cilindra tla prečnika de (sl.638b). Srednje
kvadratna udaljenost njihove protočne mreže izračunava se kao
&#3627408480;
2
=
1
4
&#3627408465;
&#3627408466;
2
+
1
12
&#3627408462;
2
−
2&#3627408462;
??????
2
&#3627408465;
&#3627408466; (3)

onda, &#3627408465;
&#3627408484;=&#3627408465;
&#3627408466;−2√(&#3627408480;
2
)+&#3627408463; (4)

U novije vreme, Duga i Covo (1994) je utvrdio da je ekvivalentni prečnik dw može se
izračunati pomoću analognog električnog polja:
dw = 0.5a + 0.7b (5)

1.7.2.4.2. Prečnik poremećene zone (ds)

Dakle, za karakterizaciju efekta poremećene zone neophodna su dva parametra: prečnik
poremećene zone (ds) i odnos propustnosti (kh/ks),sl. 644, tj. vrednost u neporemećeneoj
zoni (kh) nad poremećenom zonom (ks). Prečnik zone poremećenja i njenu propusnost,
kako je rečeno, teško je kvantifikovati i odrediti na osnovu laboratorijskih ispitivanja, a
do sada ne postoji sveobuhvatna ili standardna metoda za njihovo merenje.

482/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Obim poremećene zone i njena propusnost variraju u zavisnosti od postupka ugradnje,
veličine i oblika svrdla-cevi i vrste i osetljivosti tla (makro struktura). Terenska i
laboratorijska posmatranja (Indraratna i Redana, 1998) ukazuju na kontinuirano
variranje propusnosti tla sa radijalnom udaljenošću od središne linije odvoda - drena.
Takođe, prečnik poremećene zone (ds) bio je predmet mnogih rasprava u literaturi koja
se bavi PVD-om.

Sl.644:-Odnos k
h
/k
v
duž radijalne udaljenosti od
centralnog odvoda (Indraratna i Redana, 1998).

Istraživanja po Holtz i Holm (1973.) i Akagi (1977) ukazuju na to da je:
ds = 2dm (6)
gde je dm prečnik kruga sa površinom jednakom površini preseka drena.

Jamiolkovski i sar. (1981) predložili su da
ds = (2.5 -3.0)dm (7)
Hansbo (1981, 1997) je predložio drugačiji odnos na sledeći način:
ds = (1.5 -3.0)dw (8)
Na osnovu laboratorijskih ispitivanja i povratnih analiza, Bergado i sar. (1991) predložili
su da se može pretpostaviti sledeća veza:
ds = 2dw (9)
Indraratna i Redana (1998) predložili su da procenjena poremećena zona može biti velika
(4-5)dw. Najnoviji rezultati pokazuju da je za većinu mekih glina obim poremećene zone
između 4dw i 6dw.

1.7.2.4.3. Prečnik zone uticaja

Kao što je prikazano na slici 638, 639 i 645, ekvivalentni prečnik zone uticaja (De) može
se naći u vidu razmaka drenova (S) na sledeći način (Hansbo, 1981):
De = 1.128∙S za drenove ugrađene u kvadratnom obliku i (10)
De = 1.05∙S za drenove ugrađene u trouganom obliku. (11)
Odvode u kvadratnom uzorku može biti lakše postaviti i kontrolisati tokom ugradnje u
polje, ali trouglasti obrazac obično obezbeđuje ravnomerniju konsolidaciju između njih.

Sl.645:-Tipični obrasci ugradnje drenova i
ekvivalentni prečnici (prilagođeno iz Barron,
1948 i Hansbo, 1981).

483/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.2.4.4. Efekat prelazne zone (transition zone)

Hansboova teorija razmatra efekat brzine konsolidacije na razmaku montažnih
vertikalnih drenova (PVD) i zonu poremećenja izazvanu postupkom ugradnje PVD-a.
Međutim, ne uzima u obzir efekat prelazne zone (transition zone) između poremećene
zone i neporemećenog tla. Izmenjena standardna Hansboova teorija radijalne
konsolidacije koja je korišćena kao osnova za razvoj poboljšane metode projektovanja
PVD-a gde je uključen učticaj prelazne zone sa hidrauličnom vodljivošću koja linearno
varira sa radijusom. Vrednost modifikovane Hansboove teorije proverena je upoređenjem
njenih rezultata sa rezultatima modeliranja konačnih elemenata; postignut je vrlo dobar
dogovor. Na osnovu modifikovane teorije, razvijena je nova jednostavna šema PVD
projektovanja za situacije u kojima se uticaj otpora PVD drena može zanemariti
(uobičajeni slučaj). Predložena šema projektovanja ima prednost u izbegavanju
interpolacije jer su osnovne jednačine vrlo jednostavne.
Sl.646:- Presek „Jedinične ćelije PVD koji okružuje zonu poremećenja i prelaznu zonu: (a) hipoteza o
dve zone; (b) hipoteza o tri zone; (c)odnos r, rsm, rw i rtr (Abuel-Naga i sar.,2012).

Treba naglasiti da kada je tlo poremećeno u zoni poremećenja, postoji zona uklanjanja i
prelazna zona kao što je prikazano na slici 646. Zona uklanjanja uzrokovana je
istiskivanjem cevi jer je tlo unutar ove zone potpuno uklonjeno. Prelazna zona je zona
izvan cevi koja je poremećena prodorom cevi-svrdla. Ghandeharioon i sar. (2010)
pretpostavili su da bi postavljanje PVD-a pravougaonim rasporedom čelične cevi
prouzrokovale bi širenje eliptične šupljine sa koncentričnom progresijom u horizontalnoj
ravni.
Stepen poremećenja treba da bude prelazan ili da se menja u zavisnosti od udaljenosti od
drena - što je dalje od drena, poremećenje je manje.
(c)

484/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Iz tog razloga, to su predložili Abuel-Naga i dr. (2012) za modeliranje efekta poremećenja
koristeći i poremećenje i prelaznu zonu kao što je prikazano na slici 646. U ovom slučaju,
promena propusnosti u poremećenoj zoni i prelaznoj zoni može se napisati kao:

k(&#3627408479;)={
&#3627408472;
&#3627408480;, ??????&#3627408462; &#3627408479;
&#3627408484;<&#3627408479;<&#3627408479;
&#3627408480;
&#3627408472;
&#3627408480;+
&#3627408472;
ℎ−&#3627408472;&#3627408480;
&#3627408479;&#3627408481;−&#3627408479;&#3627408480;
(&#3627408479;−&#3627408479;
&#3627408480;),??????&#3627408462; &#3627408479;
&#3627408480;≥&#3627408479;<&#3627408479;
&#3627408481;
&#3627408472;
ℎ, ??????&#3627408462; &#3627408479;
&#3627408481;<&#3627408479;<&#3627408479;
&#3627408466;
(12)
gde je k(r) funkcija propusnosti, ks i kh su propusnost poremećenog tla, odnosno
neporemećenog tla. rw, rs, rt i re su radijusi PVD, zone poremećenja, prelazne zone i bez
granice protoka, odnosno kako je prikazano na slici 646.
Ekvivalentni poluprečnici unutrašnje poremećene zone i prelazne zone, mereni od
središta PVD-a, označeni su sa rsm, odnosno rtr, a horizontalna hidraulična provodnost tla
u unutrašnjoj poremećenoj zoni i prelaznoj zoni označeni su sa ksm odnosno ktr.

Učinak poremećenja tla obično se uzima pretpostavljanjem konstantne vrednosti
horizontalne hidraulične provodljivosti ks u celoj poremećenoj zoni.

Tri bezdimenzionalna člana, n, m i q, definisana su radi normalizacije radijalne
udaljenosti od središta PVD-a s obzirom na ekvivalentni radijus PVD-a kao:
n = rc,eq /rd,eq, m = rsm/rd,eq i q = rtr/ rd,ekv

1.7.2.4.5. Kapacitet odvodnjavanja - pražnjenja

Kapacitet odvodnjavanja je verovatno najvažniji parametar koji kontroliše performanse
montažnih vertikalnih drenova. Prema Holtz i sar. (1991), kapacitet odvodnjavanja
prvenstveno zavisi od sledećih faktora (sl. 647):
1 - površine odvodnog jezgra dostupnog za protok;
2 - efekat bočnog pritiska tla;
3 - moguće preklapanje, savijanje i presovanje drena; i
4 - infiltracija finih čestica u odvodni filter.

Sl.647:- Načini deformacije PVD-a (Holtz i sar., 1991) i tipične vrednosti vertikalnog kapaciteta
pražnjenja u funkciji bočnog pritiska ograničavanja (Rixner i sar., 1986).

U praksi se za ugradnju PVD-a mogu koristiti statičke i dinamičke metode. Statički
postupak je poželjan za pobijanje u tlo, dok se dinamička metoda može koristiti za
prodiranje kroz isušene slojeve (npr. udarni čekić ili vibrirajući čekić). Tipična PVD
ugradnja na terenu prikazana je na slici 645. Stepen poremećaja tokom ugradnje zavisi
od vrste tla, veličine i oblika svrdla-cevi i makro strulture tla. Sistem pokrivača od peska

485/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
koristi se za izbacivanje vode iz odvoda i obezbeđivanje zdrave radne podloge za
postavljanje instalacija za odvod - dreniranje.

Pre ugradnje PVD-a, površinsko tlo i vegetacija moraju se ukloniti kako bi se lokacija
mogla svrstati i postaviti peščani pokrivač i sabiti.

1.7.2.4.6. Otpor drena (Well resistance)

Otpor drena (odvoda) odnosi se na konačnu propusnost vertikalnog odvoda u odnosu na
tlo. Glavni gubitak nastaje kada voda teče duž drena i kašnjenja radijalne konsolidacije.

U prošlosti su napravljene brojne studije o modeliranju otpornosti drena (odvoda) koje su
saželi Indraratna i sar. (2005a).

(13)

Teoretski, učinak bušotine modeliran je poslednjim članom jednačine πz(2l - z) kh/qw.
Zbog toga otpor drena kontroliše dužina odvoda, kapacitet odvodnjavanja drena qw i
propusnost tla kh. Međutim, ako je qw dovoljno veliki, tada ovaj pojam πz (2l - z) kh/qw
može biti dovoljno mali da se može zanemariti. Dobra vest je da postoje PVD proizvodi
koji mogu pružiti dovoljno qw kako bi učinak drena bio beznačajan. Potrebna vrednost qw
za zanemarivanje otpora drena biće razmotrena u sledećem odeljku.

Dakle, treba istaći da se otpor drena kontroliše ne samo kapacitetom odvodnjavanja drena
qw, već i propustnošću tla kh,

maksimalnom dužinom odvodnjavanja lm i bilo kakvim
geometrijskim nedostacima (savijanje, pregibanje itd.) na drenu, sl.647.

Mesri i Lo (1991) predložili su jednačinu za vertikalni protok unutar vertikalnog odvoda
u smislu prekomernog pornog pritiska vode na kontaktu tlo-dren. Na osnovu Mesrijeve
jednačine, faktor otpora drena (bunara) (R) definiše se kao:
&#3627408453;=&#3627409163;(
&#3627408472;
&#3627408484;
&#3627408472;
ℎ
)(
&#3627408479;
&#3627408484;
&#3627408473;
&#3627408474;
)
2
=
&#3627408478;
&#3627408484;
(&#3627408472;
ℎ&#3627408473;
&#3627408474;
2
)
(14)
Analiza terenskih performansi vertikalnih drenova pokazala je da je otpor drena
zanemarljiv kada je R > 5. Drugim rečima, minimalni kapacitet odvodnjavanja qw(min)
vertikalnih drenova potreban za zanemarljiv otpor drena može se odrediti iz:
&#3627408478;
&#3627408484;(&#3627408474;&#3627408470;&#3627408475;)=5&#3627408472;
ℎ∙&#3627408473;
&#3627408474;
2
(15)
Gornji odnos ilustrovan je na slici 647 za najtipičnije vrednosti kh i lm.

Sl. 648:- Potreban minimalni kapacitet pražnjenja (na osnovu jednačine 13). &#3627408441;(&#3627408475;)≈&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408475;)−0.75+&#3627408473;&#3627408475;(&#3627408480;)(
&#3627408472;
ℎ
&#3627408472;
&#3627408480;
−1)+&#3627409163;??????(2&#3627408473;−??????)
&#3627408472;
ℎ
&#3627408478;
&#3627408484;

486/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Takođe, otpor drena može se zanemariti ako je kapacitet odvodnjavanja PVD, qw,
dovoljan. Na kapacitet odvodnjavanja drena, qw, utiče propusnost tla, ks, i dužina
odvodnjavanja ili dubina PVD instalacije, lm. Studije su pokazale da bi se zanemario otpor
drena, potreban kapacitet odvodnjavanja, qreq, mora ispunjavati sledeći zahtev (Chu i sar.,
2004):
qreq ≥ 7,85Fs kh &#3627408525;
&#3627408526;
&#3627409360;
(16)

gde je:
- qreq - potreban kapacitet odvodnjavanja,
- Fs - faktor sigurnosti - faktori koji utiču na kapacitet odvodnjavanja, kao što je pregib,
uobičajeno se predlaže Fs = 4 ∼ 6.
- kh - horizontalna propusnost tla,

Nejednačina (15) odražava činjenicu da što je kh veći ili l duži odvod, to je potreban veći
kapacitet odvodnjavanja.

Treba naglasiti da se kapacitet pražnjenja može značajno smanjiti kada PVD dožive
pregibanje pod velikim deformacijama i time dovode do otpora drena, sl 646. U tom
pogledu, pokazali su da su kružni PVD povoljniji u odnosu na traku ili fitilj, posebno
kada se koristi vakuumski pritisak.

U tabeli 64 prikazan je sažetak predloženih indeksa otpornosti drena koje su predložili
razni istraživači za procenu uticaja konačnog kapaciteta odvodnjavanja vertikalnih
drenova. Imajući na umu da se predloženi indeksi takođe transformišu u faktor otpora
drena (R) koji su predložili Mesri i Lo (1991). Vidljivo je da ovi indeksi zavise od R, osim
izraza koji su predložili Aboshi i Yoshikuni (1967) i Stamatopoulos i Kotzias (1985), u
koji je uključen i razmak drenova.
Tabela 64 - Sažetak predloženih indeksa otpornosti drena (odvoda)

1.7.2.4.7. Efekat sloja „prostirke“ od peska
Deo ili sav ulazak vode u odvode prvo će teći kroz tlo, a zatim će se odvoditi kroz sloj od
peska - prostirku. Budući da je hidraulična provodljivost peska znatno veća od gline,
obično se može pretpostaviti da u prostirci peska nema hidrauličnog otpora. Međutim, u
nekim slučajevima, u zavisnosti od lokalnih materijala, glineni pesak slabijeg kvaliteta
može se koristiti kao prostirka od peska. U ovim slučajevima, hidraulični otpor u
peskovitom podmetaču može uticati na brzinu konsolidacije glinovitih podloga na
količinu koja je u funkciji hidraulične provodljivosti peska, kao i na geometriju nasipa.

487/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.3. Ubrzanje konsolidacije

Proces konsolidacije može se dodatno ubrzati izgradnjom vertikalnih drenova i
horizontalnih drenažnih “tepiha”. Postavljanje vertikalnih drenova može se značajno
smanjiti period predopterećenja radijalnim smanjenjem drenažne putanje, jer je vreme
konsolidacije obrnuto proporcionalno kvadratu dužine drenažne staze. Zbog brze početne
konsolidacije, vertikalni odvodi će povećati krutost i nosivost mekih temeljnih tla - glina
(Bo i sar., 2003).
Dakle, vertikalnim drenovima ne postiže se samo ubrzanje konsolidacije, nego i
povećanje čvrstoće mekih tla. Takođe, ugradnja vertikanih drenova neće povećati
konačnu veličinu sleganja, nego samo ubrzati taj proces.

Sl.649:- Vertikalna drenaža - bez montažnih vertikalnih drenova i sa veštački stvorenim drenažnim
odvodima (prefabricated vertical drains - PVD) koji se ubacuju u podlogu od meke gline za
ubrzavanje konsolidacije sitnozrnih tla.
Ugradnjom drenova u tlo se unosi atmosferski ili u najboljem slučaju hidrostatički pritisak
jednak visini stuba podzemne vode. Ovaj pritisak je manji od pornog pritiska izazvanim
dodatnim naponima. Zbog toga voda počinje teći prema drenovima tj. prema najbližim
tačkama pritiska nižeg od okolnog u porama tla. Drenovi su ispunjeni dobro propusnim
tlom, peskom i/ili šljunkom, koji se može ugraditi nekim od prethodno opisanih
postupaka.

Zona delovanja drenova zavisna je od njihovog osnog razmaka s i rasporeda drenova.
Delovanje drena odvija se kroz zonu prečnika De, koja se određuje tako da drenovi pokriju
površinu između njih.

U ovakvom slučaju doprinos vertikalne konsolidacije je relativno mali u upoređenju sa
radijalnom konsolidacijom, budući da je put kretanja vode u horizontalnom smeru bitno
manji od puta kod vertikalnog kretanja vode. Razmaci drenova su oko 1 - 3 m.

→ Teorija konsolidacije vertikalnim drenovima
Osnovna teorija peščanih drenova razvijena je od strane Barron-a (1948), a kasnije
sumirana od strane Richart (1959). Pri tome se razlikuju dva osnovna slučaja:
1. Slučaj različitih deformacija (Free-strain case) javlja se pri fleksibilnom opterećenju
primenjen na površini terena čemu odgovara ravnomerna distribucija istog. Ovo rezultuje
neravnomernim sleganjem na površini terena.
2. Slučaj jednakih deformacija (Equal-strain) javlja se kada je opterećenje naneto
krutim temeljom što rezultuje jednakim sleganjima ali neravnomernom distribucijom
opterećenja.

488/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Drugi faktor koji se mora uzeti u obzir je takozvani “smear” efekat. Usled poremećaja
gline pri bušenju u peščanim drenovima formira se tzv. „poremećena zona“ ili “smear
zone”. Rezultat formiranja ove zone je smanjenje koeficijenta propustljivosti u
horizontalnom pravcu a time i efikasnosti drenova.

Sl.650:- Proces konsolidacije u prisustvu vertikalnih odvoda - drenova
Posmatrajući geometrijski uzorak skiciran na slici 650, sasvim je zadovoljavajuće
pretpostaviti da se problem konsolidacije tla može rešiti pozivanjem na ekvivalentni
cilindar poluprečnika re=de, sa nepropusnom vertikalnom spoljnom površinom i
unutrašnjim cilindričnim odvodom, o čemu je već govoreno u prethodnom delu. Pod
pretpostavkom da se vertikalni tok može zanemariti u upoređenju sa horizontalnim,
problem se svodi na čisti radijalni tok.

1.7.3.1. Izbor PVD-a

Uglavnom postoje dve vrste vertikalnih drenova: drenovii od peska, koji se obično
postavljaju bušenjem i punjenjem peska prečnika 30 do 60 cm, i vertikalni montažni
odvodi (trakasti odvodi) jednakih prečnika od 5 do 6 cm. Montažni vertikalni drenovi
potiskuju se i ponekad udaraju vibracijama u tlo pomoću mašina za tu svrhu.

Sl.651:- Vertikalni drenovi (odvodi) - kameni stubovi

Vertikalni drenovi mogu biti izgrađeni kao cilindrični drenovi od krupnozrnog materijala
(najčešće pesak) ili kao geosintetički drenovi. Cilindrični drenovi obično su prečnika od

489/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
20 - 45 cm, a postavljaju se na rastojanju 1,5 - 6 m. Geosintetički drenovi uglavnom su
pljosnati ali postoje i okrugnog preseka - cevasti. Na slikama 624 i 652 mogu se videti
neki prefabrikovani drenovi - više u delu Prefabrikovani vertikalni drenovi.

Sl.652:- Neki tipovi prefabrikovanih drenova.

Vertikalni drenovi najčešće se postavljaju u pravougaonim, trogaonim ili šestougaonim
razmacima:

Sl.653:- Raspored i razmak drenova

Holtz i dr.(1991.), smatraju da je pravougaoni raspored lakši za postavljanje na terenu dok se češće
koristi trougaoni, uz tumačenje da osigurava jednoličnu konsolidaciju tla između drenova. Uticajno
područje drena, R, je odabrana promenjiva i funkcija je razmaka između drenova, s. Za kvadratni
raspored veza između R i s glasi: R=0,564*s, a za trougaoni:R=0,525*s.

Izborom vrednosti, R, može se regulisati proces konsolidacije u posmatranom prostoru.
Pri tome ne treba zanemariti hidraulični proračun radijusa uticaja drena zavisno od
horizontalnog koeficijenta filtracije kh i drugim prethodno navedenim faktorima.

Kvalitet i pogodnost odvoda imaju ključnu ulogu u celoj šemi poboljšanja tla koja
uključuje PVD. Različite situacije u projektu zahtevaju različite vrste PVD. Na primer,
nije potrebno koristiti vertikalni dren velike vrednosti dreniranja ako je dren kratak.
Drenažni filter takođe treba odgovarati tipu tla a jedinična cena vertikalne drenaže je još
jedno važno razmatranje uz ispunjavanje projektnih zahteva.

Ostali faktori koji određuju izbor vertikalnog drena, osim troškova, uključuju i kapacitet
odvodnjavanja, kompatibilnost filtera sa tlom koje treba poboljšati i zateznu čvrstoću
drena.
Kao što je objašnjeno u delu 1.7.2.4.5. otpor drena može se zanemariti ako je kapacitet
odvodnjavanja PVD, qw, dovoljan. Na kapacitet odvodnjavanja drena, qw, utiče
propusnost tla, ks, i dužina odvodnjavanja ili dubina PVD instalacije, lm. Studije su

490/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
pokazale da bi se zanemario otpor drena, potreban kapacitet odvodnjavanja, qreq, mora
ispunjavati sledeći zahtev (Chu i sar., 2004):
qreq ≥ 7,85Fs kh l
2
m
Pored dovoljnog kapaciteta odvodnjavanja, filter PVD-a treba imati i prividnu veličinu
otvora (apparent opening size-AOS). Sa jedne strane, AOS mora biti dovoljno mali da
spreči ulazak sitnih čestica tla u filter i odvod. Sa druge strane, AOS ne može biti premali
jer filter mora osigurati dovoljnu propusnost, kriterijum Carroll-a (1983):
gde je O95 AOS filtera, O50 je veličina koja je veća od 50% pora tkanine, D85 i D50 odnose
se na veličine za 85% i 50% težinskog prolaska čestica tla. O95 ≤ 0,075 mm ili 75 μm
često je naveden za montažne vertikalne drenove.
PVD trebali bi imati odgovarajuću zateznu čvrstoću kako bi mogli izdržati zatezno
opterećenje koje se na njega primenjuje tokom ugradnje. Zbog toga treba navesti čvrstoću
jezgra, čvrstoću filtera, čvrstoću celog drena i čvrstoću spoja, i u mokrim i u suvim
uslovima. Prema Kremer i sar. (1983), dren mora biti u stanju da izdrži najmanje 0,5 kN
zatezne sile duž uzdužnog smera, a da ne prelazi 10% istezanja. Danas je uobičajeno da
zatezna čvrstoća celog drena i u suvim i u vlažnim uslovima bude veća od 1kN pri
zateznim naponima od 10%.

1.7.3.1.1. Prefabrikovani (montažni) vertikalni drenovi

Vertikalni drenovi mogu biti izgrađeni ili kao cilindrični drenovi od krupnozrnog
materijala (najčešće pesak) ili kao geosintetički drenovi.

Vrste vertikalnih drenova
• Drenovi od peska (šljunka, lomljenog kamena...)
• Prefabrikovani (montažni) vertikalni drenovi - PVD
→ Drenovi od peska
Drenovi od peska u osnovi su bušotine ispunjene peskom.
To su gotovi drenovi od dugih platnenih vreća punjene peskom malog prečnika (prečnika
približno 10 cm). Obično se ugrađuju tehnikom cevastih alata na mašinama za tu namenu.
Relativno su jeftini.

→Prefabrikovani vertikalni dren (prefabricated vertical drain PVD, wick drains) je
bilo koji prefabrikovani materijal ili proizvod koji se sastoji od plastičnog jezgra sa
sintetičkim filterskim omotačem a ima sledeće karakteristike:
a) mogućnost prikupljanja porne vode;
b) mogućnost sprovođenja prikupljene vode duž drena (sl.654).
Omotač može biti od nepletenog poliestera, polipropilenskog geotekstila ili sintetičkog
papira koji funkcionišu kao barijera-filter koji sprečava prolaz sitnih čestica iz glinovitog
tla u jezgro. Plastično jezgro ima dve važne funkcije: podrška filterskom omotaču i
podužno sprovođenje vode i pri velikim bočnim pritiscima. Postoji i zaštitni omotač
(mandrel) koji štiti dren prilikom instalacije. Oblik zaštitnog omotača je pravougaoni ili
rombičan (sl. 654). PVD su obično široki 10 cm i debljine 3-9 mm.

Sl.654:- Oblici trakastih geosintetičkih drenova - poprečni presek i fotografija prefabrikovanog
vertikalnog drena (PVD - Mebradrain)

491/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Postoje tri tipa jezgra PVD drena (PVD core): jezgro sa žljebovima (Grooved core),
čepasto jezgro (studded core), i jezgro od niti (filament core), slika 656.

→ Geosintetički drenovi uglavnom su plošni iako postoje i plastične cevi kružnog preseka
ili u obliku sendviča (sl. 655).

Sl.655:- Geosintetički drenovi
Prednosti upotrebe sintetičkih drenova su:
- jednostavna i brza ugradnja
- jednostavno se skladište i transportuju
- mašine za ugradnju su lakši
- povoljna cena.

Sl. 656:- Različiti tipovi PVD i različita jezgra

492/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.3.2. Ugradnja PVD
Prilikom upoređenja teoretskog rešenja i praktične primene uočeno je da na efikasnost
drenaže ima i način ugradnje drenova. Kod nekih tehnika izrade, koje jako poremećuju
okolno tlo, oko oboda drena se javlja poremećeno, zbijeno područje, koje nastaje
utiskivanjem drena, cevi ili alata kojim se izvodi otvor u tlu, po principu stuba (pilota).
To poremećeno područje zavisi od spoljnjeg prečnika otvora odnosno obloge drena na
način da je: ds = (5-6)dw, pri čemu je ds = 2rs prečnik poremećenog područja, a dw = 2rw
svetli otvor drena ili spoljni prečnik obloge.

Zaštitni omotač (mandrel) štiti dren pri ugradnji i stvara prostor za dren istiskujući tlo pri
penetraciji. Penetracija zaštitnog omotača vrši se ili statičkom ili dinamičkom silom
(vibracije). Statička sila stvara se težinom omotača u kombinaciji sa teretom na vrhu
omotača ili težinom mašine za ugradnju (installation rig). Vibracije se stvaraju
korišćenjem vibro uređaja sličnih onim koji se koriste za ugradnju šipova i talpi. Vibracije
nisu pogodne kod osetljivog tla.

Sl. 657:- Vertikalni drenovi - bočno dreniranje ubrzava konsolidaciju.

Montažni vertikalni drenovi - odvodi (PVD) ugrađuju se pomoću mašine, kao što je
prikazano na slici 658 , šuplji trn (cev) postavljen je na bager ili jarbol krana. PVD, koji
se nalazi na kalemu, dovodi se kroz trn (cev) i povezuje sa proširivom sidrenom pločom
na dnu cevi. Cev se pomiče prema dole do željene dubine i vadi ostavljajući PVD na
mestu. Zatim se PVD reže na površini tla. Zatim se cev premešta na sledeće mesto.
U zavisnosti od uslova tla i od dubine tla koje se tretira mogu se postići visoki kapaciteti
nosivosti.

Sl.658: Tipična oprema za ugradnju prefabrikovanih drenova-mašina za ugradnju i šema za ugradnju
drena koji je namotan na koturu (eng. reel)

493/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.4. Stabilizacija tla vakuumskim predopterećenjem - Vakuumska konsolidacija

U širokom spektru postojećih šema za poboljšanje tla, upotreba vertikalnih drenova
(odvoda)sa vakuumskim predopterećenjem smatra se najefikasnijom i najekonomičnijom
metodom za poboljšanje mekih glina (obično konsolidovane ili blago konsolidovane) za
sprečavanje sleganja pre izgradnje trajne infrastrukture. Primena vakuumskog pritiska
preko gotovih vertikalnih drenova-odvoda potiče radijalno učvršćivanje protoka
povećavajući smičuću čvrstoću komprimovanog tla.

Kada je tlo vrlo meko ili kada se dodatno opterećenje mora primenjivati u fazama da bi
se održala stabilnost nasipa, metoda predopterećenja vakuumom postaje dobra
alternativa. Predopterećenje u vakuumu koristi se i kada nema opterećenje ili je upotreba
opterećenja skupa, kada na prostoru nema mesta za postavljanje nasipa i kada se tlo ili
meko tlo koristi kao nasip za rekultivaciju. Dakle, u mekom glinenom području gde se
nasip sa velikim opterećenjem ne može brzo izgraditi bez ugrožavanja stabilnosti,
poželjno je primeniti vakuum. Ovaj PVD sistem od nedavno se koristi za raspodelu
vakuumskog pritiska na duboke slojeve tla, povećavajući tako stopu konsolidacije
obnovljenog tla ili iskopanih naslaga (npr. Indraratna i sur., 2005d; Chu i sar., 2000).

Postoji dosta literature koja raspravlja o efikasnosti sistema vakuumskog predopterećenja
u kombinaciji sa PVD-ima (npr. Chu i sar., 2000., Chai i sar., 2005.) kako bi se smanjilo
dugo vreme konsolidacije uz pomoć etapne gradnje; o tome su raspravljali i Indraratna i
sar. (2005) i Sathananthan i sar. (2008), koji su otkrili da vakuum može smanjiti visinu
dodatnog tereta za nekoliko metara kada se atmosferski pritisak održava za najmanje 70%
(Rujikiatkamjorn et al., 2008 ). Yan i Chu (2003) takođe su otkrili da se brzina izrade
nasipa može povećati smanjenjem broja faza izgradnje.

Metod vakuumskog predopterećenja izvorno je u Švedskoj prvi uveo Kjellman (1952)
kako bi se poboljšala čvrstoća mekog tla. Povećanje efektivnog napona u masi tla ovom
metodom pripisuje se primeni vakuumskog pritiska umesto konvencionalnog opterećenja
(Qian i sar. 1992). Ovaj sistem koristi se za postizanje brze konsolidacije i smanjenje
visine predopterećenja vakuumskim pritiskom koji deluje kao dodatno
opterećenje. Prednosti vakuumskog predopterećenja u odnosu na konvencionalno
predopterećenje sažeto su kako sledi:
1. efektivni naponi povezani sa usisnim pritiskom rastu jednoosno, a odgovarajuće bočno
kretanje je pritisno, pa se zato rizik od smicanja može smanjiti čak i pri većoj brzini
izgradnje nasipa (Qian i dr.1992);
2. zavisno od efikasnosti vakuuma (npr. obim curenja vazduha u polju), visina dodatnog
tereta može se smanjiti da bi se postigla ista veličina sleganja;
3. u bilo kom trenutku, maksimalan višak pornog pritiska koji prevladava u sistemu
vakuumskog predopterećenja manji je od pritiska iz konvencionalnog
predopterećenja; i
4. vakuumskim pritiskom koji se primenjuje kroz prefabrikovane (montažne) vertikalne
drenove, rizik od nezasićenja na granici tlo-dren zbog povlačenja cevi može se smanjiti
(Indraratna i sar. 2004).

Montažni vertikalni odvodi (PVD) mogu uticati na raspodelu vakuumskog pritiska na
duboke slojeve tla i time povećati brzinu konsolidacije (Holtan1965; Chu i sar.
2000). Efikasnost vakuumske konsolidacije putem PVD-a za poboljšanje tla proverena je
kroz različita ispitna polja I izgrađene objekte.

494/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Vakuumska konsolidacija koristi se za poboljšanje mekih tla upotrebom vakuum
pumpe. Vertikalni drenovi priključuju se na vakuum-pumpu, što još više pojačava njihov
učinak (Stapelfeldt, 2006.). Pri tome se koristi atmosferski pritisak kao predopterećenje.
Ovakav način kontrole procesa konsolidacije koristi se kod izrazito mekih tla koja ne
podnose nanošenje predopterećenja nasipom niti do visine od 1,5 metara.

Sl. 659:- Ilustracija kombinovane vakuumske konsolidacije:sistem bez membrane i membrenski sistem
(WEB 9)

Zaptivni sloj
Zaptivna kapa
grana cevovoda
Drenažno crevo
Meki sloj

495/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.4.1. Sistem vakuumskog predopterećenja

Postoje dve vrste sistema za predopterećenje vakuumom:
(a) sistem bez membrane i
(b) membranski sistem.

1.7.4.1.1.Membranski sistem

Nakon što se PVD instaliraju, na njih se povezuje mreža horizontalnih perforiranih cevi
kako bi se formirao sistem odvodnjavanja, a zatim se postavlja “pokrivač” od peska.
Zatim se na vrh pokrivača sa peskom položi membrana, njeni se krajevi zakopaju u rov
ispunjen bentonitnom suspenzijom (sl.660a), a zatim vakuum pumpom je spojen na
sistem odvodnjavanja.

Vakuum pritisak u ovom sistemu može lako cirkulisati unutar peščane platforme i
površine tla, a zatim širiti niz PVD-e. Do radijalne konsolidacije i dalje dolazi u plitkom
sloju tla pod vakuumskim pritiskom, jer je odnos dužine PVD i razmaka veći od 10 sa
minimalnim efektom vertikalne konsolidacije.

Efikasnost takvog sistema u potpunosti zavisi od štete nastaloj unutar cele membrane kroz
duži vremenski period ili nekim mehaničkim oštećenjem.

Sl.660:-Vakuumski sistemi za predopterećenje: (a) membranski sistem i (b) sistem bez membrana (Baral,2017)
Vakuum pritisak širi se iz horizontalnog odvoda kroz sloj peska, PVD-e i sloj gline u
membranskom sistemu kao što je prikazano na slici 661a.

Ovaj trodimenzionalni (3D) tok u pokrivaču od peska ispod membrane (0 ≤ z ≤ Lw), Lw
debljina sloja peska (m) može se izraziti kao (Geng i sar., 2012 ):

&#3627409173;&#3627409174;
&#3627408483;1
&#3627409173;&#3627408481;
=−&#3627408474;
&#3627408483;1(
&#3627409173;&#3627408482;
1
&#3627409173;&#3627408481;
−
&#3627408465;&#3627408478;
&#3627408465;&#3627408481;
)

-
&#3627408472;
ℎ1
&#3627409150;
&#3627408484;
(
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408482;
1
&#3627409173;&#3627408479;
+
&#3627409173;
2
&#3627408482;
1
&#3627409173;&#3627408479;
2
)−
&#3627408472;
&#3627408483;1
&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627409173;
2
&#3627408482;
1
&#3627409173;&#3627408487;
2
=
&#3627409173;??????
&#3627408483;1
&#3627409173;&#3627408481;
(&#3627408479;
&#3627408484;≤&#3627408479;≤&#3627408479;
&#3627408466;)

&#3627409173;
2
&#3627408482;
&#3627408484;1
&#3627409173;&#3627408487;
2
=−
2&#3627408472;
ℎ1
&#3627408479;
&#3627408484;&#3627408472;
&#3627408483;1
&#3627409173;&#3627408482;
1
&#3627409173;&#3627408479;
|
&#3627408479;=&#3627408479;
&#3627408484;

&#3627408482;
1=
1
??????(&#3627408479;
&#3627408466;
2
−&#3627408479;
&#3627408484;
2
)
∫2&#3627409163;&#3627408479;&#3627408482;
1&#3627408465;&#3627408479;
&#3627408479;
&#3627408466;
&#3627408479;
&#3627408484;

gde je εvi(i =1,2) je vertikalna deformacija; r i z su radijalna i vertikalna koordinata (m); t
je vreme (a); γw je gustina vode; kvi (i =1,2) je koeficijent propusnosti tla u vertikalnom
smeru (m/s); khi (i =1,2) je koeficijent propusnosti tla u horizontalnom smeru (m/s); rw je
poluprečnik odvodne bušotine; re je poluprečnik zone uticaja (m); q je predopterećenje
dodatnog tereta (vremenski zavisno, kPa); mvi (i=1,2) je zapreminska stišljivost tla
(m
2
/kN); ui (i =1,2) je pritisak vode u porama ((PWP),kPa); &#3627408534;
&#3627409359;(i =1,2) je prosečni pritisak

496/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
vode u porama (EPWP),(kPa); i uwi(i=1,2) je EPWP unutar vertikalnog odvoda, (kPa).
Primećeno je da se indeksi 1 i 2 odnose na sloj ispod membrane (tj. peščani pokrivač),
odnosno na podložni sloj tla.

Sl.661:-Šeme jediničnih ćelija sa vertikalnim odvodima: (a) membranski sistem i (b) sistem bez
membrane (Geng i sar., 2012., uz dozvolu ASCE).

Jednačine za osnovno tlo (Lw≤ z ≤H), gde je H (m) debljina celog sloja (tj. za membranski
sistem, pesčani pokrivač plus sloj gline; a za sistem bez membrane samo sloj gline), može
se izraziti kao:

&#3627409173;&#3627409174;
&#3627408483;2
&#3627409173;&#3627408481;
=−&#3627408474;
&#3627408483;2(
&#3627409173;&#3627408482;
2
&#3627409173;&#3627408481;
−
&#3627408465;&#3627408478;
&#3627408465;&#3627408481;
)

-
&#3627408472;
&#3627408480;2
&#3627409150;
&#3627408484;
(
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408482;
&#3627408480;2
&#3627409173;&#3627408479;
+
&#3627409173;
2
&#3627408482;
&#3627408480;2
&#3627409173;&#3627408479;
2
)−
&#3627408472;
&#3627408483;2
&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627409173;
2
&#3627408482;
2
&#3627409173;&#3627408487;
2
=
&#3627409173;??????
&#3627408483;2
&#3627409173;&#3627408481;
(&#3627408479;
&#3627408484;≤&#3627408479;≤&#3627408479;
&#3627408480;)

-
&#3627408472;
ℎ2
&#3627409150;
&#3627408484;
(
1
&#3627408479;
&#3627409173;&#3627408482;
&#3627408475;2
&#3627409173;&#3627408479;
+
&#3627409173;
2
&#3627408482;
&#3627408475;2
&#3627409173;&#3627408479;
2
)−
&#3627408472;
&#3627408483;2
&#3627409150;
&#3627408484;
&#3627409173;
2
&#3627408482;
2
&#3627409173;&#3627408487;
2
=
&#3627409173;??????
&#3627408483;2
&#3627409173;&#3627408481;
(&#3627408479;
&#3627408480;≤&#3627408479;≤&#3627408479;
&#3627408466;)

&#3627409173;
2
&#3627408482;
&#3627408484;2
&#3627409173;&#3627408487;
2
=−
2&#3627408472;
&#3627408480;2
&#3627408479;
&#3627408484;&#3627408472;
&#3627408484;
&#3627409173;&#3627408482;
&#3627408480;2
&#3627409173;&#3627408479;
|
&#3627408479;=&#3627408479;
&#3627408484;

&#3627408482;
2=
1
??????(&#3627408479;
&#3627408466;
2
−&#3627408479;
&#3627408484;
2
)
∫2&#3627409163;&#3627408479;&#3627408482;
&#3627408480;2&#3627408465;&#3627408479;+∫2&#3627409163;&#3627408479;&#3627408482;
&#3627408475;2&#3627408465;&#3627408479;
&#3627408479;
&#3627408466;
&#3627408479;
&#3627408480;
&#3627408479;
&#3627408466;
&#3627408479;
&#3627408484;

gde je usi(i =1,2) je porni pritisak vode (PWP) unutar poremećene zone u bilo kojoj tački
(kPa); un2 je porni pritisak vode u neporemećenoj zoni tla u bilo kojoj tački (kPa); us2 je
porni pritisak vode u poremećenoj zoni u bilo kom trenutku; rs je poremećena zona (m);
i ksi (i =1,2) je propusnost u poremećenoj zoni.

1.7.4.1.2. Bez-membranski sistem

U ovom sistemu vakuumske cevi povezane su na svaki PVD putem cevnog sistema, a
veze su prikazane na sl.660b. Ovaj sistem je vrlo efikasan kada se područje treba podeliti
na različite delove i pojedinačno poboljšati, jer sav sistem cevi mora biti pojedinačno
postavljen na stotine odvoda, što je dugotrajan i težak proces.

Učink vakuuma zavisi od svakog odvoda, za razliku od membranskog sistema gde
efikasnost vakuuma zavisi od minimiziranja bilo kakvih curenja u celoj instalaciji.

497/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Granični uslovi jedina su razlika između membrane i tehnike bez konstantne vakuumske
konsolidacije. Uz vakuumsku konsolidaciju bez membrane, vakuumska pumpa je
povezana na pojedinačne PVD horizontalnim cevima (sl.661b).

Jednačine upravljanja i početni uslovi za sistem bez membrane isti su kao i za
membranski sistem, gde je jedina razlika raspodela vakuumskog pritiska koji se
pretpostavlja kao p na gornjoj površini, a zatim kao ηp gde varira linearno od vrha do
dna. Pojam η je odnos veličine vakuumskog pritiska na vrhu prema dnu i sa vrednostima
koje variraju između 0 i 1. Dakle, ako nema vakuumskog pritiska, vrednost η postaje nula
i ako na dnu PVD-a nema gubitka vakuuma, vrednost η postaje 1 (Geng i dr., 2012).

Granični uslovi za sistem bez membrane su sledeći:

(??????=0){
&#3627408482;
&#3627408484;=&#3627408477;
&#3627409173;&#3627408482;
&#3627409173;&#3627408487;
=0
i (??????=&#3627408443;){
&#3627409173;&#3627408482;&#3627408484;
&#3627409173;&#3627408487;
=
∂&#3627409154;−1
&#3627408443;
&#3627408477;
&#3627409173;&#3627408482;
&#3627409173;&#3627408487;
=0

Efikasnost vakuumskih sistema varira od lokacije do lokacije. Uticajni faktori nisu samo
povezani sa svojstvima tla već i tehničkim znanjem i iskustvom izvođača koji nude
različite tehnike nanošenja vakuuma. Tamo gde se membrana može pravilno zaštititi od
oštećenja uzrokovanih oštrim agregatima i gde se curenje može eliminisati učinak
zaptivanjem i dodatnom zaštitom na granicama nasipa (npr. rovovi sa bentonitom),
primena vakuuma tipa membrane može biti efikasna u upoređenju sa tipom bez
membrane i sa uporedivim troškovima.

Sl.662:-Sistem vakuuma sa pumpama i polje sa ugrađenim uspravnim, plastičnim drenovima
→ Prednosti vakuumskog predopterećenja
• U svom najjednostavnijem obliku metoda vakuumske konsolidacije sastoji se od sistema
vertikalnih odvoda i drenažnog sloja (peska) na vrhu (150 mm).
• Zatvoren je od atmosfere nepropusnom membranom. Horizontalni odvodi ugrađeni su
u drenažni sloj i spojeni na vakuumsku pumpu.
• Da bi se održala nepropusnost vazduha, krajevi membrane postavljaju se na dno
perifernog rova ispunjenog glinom tj. sa bentonitom.
• U drenažnom sloju pomoću vakuumske pumpe stvara se negativni pritisak (60 do 80
kPa). Primenjeni negativni pritisak stvara negativni pritisak vode u porama, što rezultuje
povećanjem efektivnog napona u tlu, što zauzvrat dovodi do ubrzane konsolidacije.
• Izotropna konsolidacija eliminiše rizik od loma pri dodatnom opterećenju, ne postoji
rizik od nestabilnosti kosine izvan granica i omogućuje kontrolisanu brzinu i veličinu
opterećenja i sleganja.

498/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.7.5. Izrada šljunčanih stubova (detaljniji opis dat je u poglavlju 1.6)

Šljunčani stubovi (piloti) (eng. stone columns) čine jednu od metoda poboljšanja
mehaničkih svojstava temeljnog tla. Poboljšanja tla povećavaju čvrstoću i smanjuju
stišljivost slabo nosivog prirodnog temeljnog tla, čime mu se povećava nosivost i
smanjuju sleganja, a neki postupci poput šljunčanih stubova ujedno deluju i kao vertikalni
drenovi čime se povećava lokalna propusnost tla i ubrzava konsolidacija tla. Šljunčani
stubovi spadaju u grupu vibracionih metoda poboljšanja tla, koje se dele na metode
površinskog zbijanja (valjanje, udarne tehnike) i dubinskog zbijanja (vibraciono zbijanje
i vibraciono punjenje). Vibraciono zbijanje (eng. vibro compaction) za razliku od
vibracionog punjenja (eng. vibro replacement) sprovodi se bez ugradnje dodatnog
kamenog materijala, već se zbija samo prirodno nekoherentno tlo. Obe metode imaju
zajedničko mašinsko utiskivanje vibratora u tlo uz pomoć komprimovanog vazduha ili
mlaza vode koji istiskuje okolno tlo. Vibraciono zbijanje koristi se samo u prirodno
nekoherentnom tlu (šljunkovima i pescima), dok se vibraciono punjenje (šljunčani
stubovi) mogu koristiti i u koherentnim tlima, a efikasnost im je najveća u prašinastom
tlu.

Glavni učinak vibracionih metoda je povećanje nosivosti tla i smanjenje ukupnih i
diferencijalnih sleganja temeljnog tla. Izvođenju ojačanja tla prethodi izrada projekta
ojačanja tla kojem pak prethodi izvođenje geotehničkih istražnih radova. Kontrola
uspešnosti poboljšanja tla sprovodi se ispitivanjem merodavnih parametara tla, i
uporedbom podataka dobijenih pre i nakon zahvata.

Osnovni mehanizam delovanja šljunčani stubova je zamena slabo nosivog tla kamenim
materijalom (šljunkom ili drobljencem) male stišljivosti i velike vodopropusnosti.
Šljunčani stubovi deluju kao vertikalni drenovi tako da omogućavaju horizontalno
kretanje vode radijalno prema najbližem šljunčanom stubu. Dreniranjem se smanjuju
porni pritisci u tlu što povoljno utiče na stabilnost temeljnog tla. Uloga šljunčanih stubova
je i ubrzanje konsolidacije koherentnog tla do stepena u kojem su naknadna sleganja
unutar prihvatljivih granica. Ubrzana konsolidacija postiže se zajedničkim delovanjem
vibriranja i povećane vodopropusnosti temeljnog tla. Šljunčani stubovi izvode se
utiskivanjem u tlo, bez prethodnog bušenja, što ima dodatni efekt povećanja zbijenosti
tla, što povoljno utiče na nosivost tla pri vertikalnom opterećenju.
Sl.663:- Princip izvođenja postupka vibracionog punjenja - izrada šljunčanih stubova

Poseban tip stubova čine šljunčani stubovi u membrani od geotekstila (eng. geotextile
encased columns). Geotekstil sprečava preterano širenje šljunka u tlu velike stišljivosti,
tj. malog modula otpora (M0). Time se omogućava veće zbijanje šljunka tj. povećanje
relativne gustine (ID), dok se istovremeno sprečava ulazak sitnih čestica iz okolnog tla u

499/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
šljunčani stub čime bi se smanjila njegova vodopropusnost. Nekoherentna tla zbijaju se
pretežito pod uticajem vibracija, pri čemu dolazi do preslagivanja zrnaca tla u
kompaktniji raspored, pa se dobro graduirana tla bolje zbijaju pod uticajem vibracija jer
manja zrna popunjavaju pore među krupnijim zrnima, dok u koherentnim tlima
prevladavajući uticaj na brzinu konsolidacije ima vodopropusnost tla.
Šljunčani stubovi koriste se kada je potrebno:
- smanjiti sleganje temeljnog tla,
- poboljšati nosivost temeljnog tla,
- ubrzati konsolidaciju temeljnog tla,
- smanjiti rizik od pojave likvefakcije povećanjem vodopropusnosti,
- stabilizirati potencijalno nestabilne kosine.
Primenjivost i efikasnost šljunčanih pilota prvenstveno zavisi od granulometrijskog
sastava tla, relativne gustine (zbijenosti) tla, stepena saturacije tla (zasićenosti pora
vodom), i vodopropusnosti tla.

→ Izrada šljunčanih stubova
Šljunčani stubovi ugrađuju se u trougaonom ili kvadratnom rasporedu, najčešće u
razmaku od 1.5-2.0 metra. Dubina ugradnje iznosi do 15 metara, a uslovljena je
karakteristikama tla i vrstom opterećenja. Standardni prečnik šljunčanih stubova je 60-80
cm.

Sl.664:- Trougaoni (heksagonalni) i kvadratni raspored stubovta i ekvivalentni prečnik heksagonalne i
kvadratne ćelije (Balaam i Booker, 1981.).

Efikasnost šljunčanih stubova veća je u nekoherentnim nego koherentnim tlima, a u
glinovitom tlu efikasnost im može biti vrlo mala i prvenstveno zavisi od vodopropusnosti
i stepena konsolidacije gline. Sleganja ojačanog tla tipično su 2-3 puta manja od sleganja
tla pre ojačanja.

Šljunčani stubovi izvode se metodom dubinskog vibracionog punjenja (eng. deep vibro
replacement) pri čemu se utiskivanjem kamenog materijala u mekše tlo stvaraju nosiva
i vodopropusna cilindrična tela. Istovremeno se zbija i okolno tlo, a prečnik cilindričnog
tela stuba zavisi od zbijenosti pojedinog sloja okolnog tla.

Šljunak se može ugrađivati sa površine terena (eng. top feed) ili sa dna bušotine (eng.
bottom feed). U prvom slučaju agregat se na površini nasipa oko prethodno postavljene
aparature za utiskivanje, pri čemu agregat upada u prostor između prirodnog tla i cevi
kojom se utiskuje vibrator, a prodiranje vibratora i šljunka olakšava mlaz vode koji
pretvara okolno tlo u muljevitu suspenziju. Takva ugradnja pogodna je za meka i vrlo
nestabilna prašinasta i peskovita tla.
Bottom feed metoda sastoji se od dodavanja šljunka sa površine putem rezervoara -
skladišta i cevi koja se utiskuje u tlo zajedno sa vibratorom, pri čemu šljunak izlazi na
vrhu vibratora. Umesto mlaza vode najčešće se koristi komprimovani vazduh koji
sprečava urušavanje okolnog tla i olakšava prodiranje vibratora.

500/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U čvršćim koherentnim tlima ponekad je potrebno provesti prethodno bušenje kako bi se
omogućilo prodiranje vibratora do željene dubine.

Sl.665:- Šema izvođenja šljunčanih stubova bottom feed metodom i izgled završenih šljunčanih
stubova u kvadratnom rasporedu.

Kameni materijal koji čini telo stuba može biti prirodni šljunak ili drobljenac dobijen
usitnjavanjem miniranog kamena. Materijal za izradu šljunčanih pilota treba biti male
stišljivosti i otporan na ispiranje kod prisustva podzemne vode, što obuhvaća sve
materijale iskopne kategorije "A" i nekoherentne materijale iskopne kategorije "C"
kojima je prečnik zrna 4 - 64 mm.

501/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8. Poboljšanje (stabilizacija) tla sa dodacima

Stabilizacija tla je vrlo čest postupak za gotovo sve projekte. Uopšte, sve vrste
stabilizacije tla mogu se podeliti u dve grupe, tj. mehanička i hemijska. U mehaničkoj
stabilizaciji, stepenovanje tla menja se mešanjem sa drugim vrstama tla različitih klasa -
razreda. Na taj način može se postići zbijena masa tla. Sa druge strane, hemijska
stabilizacija povezana je sa modifikovanjem svojstava tla dodatkom hemijski aktivnih
materijala. U stabilizaciji tla vrlo je važno znati svojstva materijala koja su uključena u
smesu i rezultat nakon mešanja. Šta više, važno je saznati kako će se materijal ponašati
nakon stabilizacije. Istovremeno treba proceniti efekte procesa na obližnje strukture i
okolne uslove. U skladu sa tim, mogu se doneti odluke o izboru materijala i
odgovarajućim dozama. Pored izbora materijala i doza, postoje i mnogi drugi faktori koji
utiču na efikasnost ove metode, npr. mešanje i posipanje, izbor valjka, debljina sloja
zbijanja, napon zbijanja, redosled rada, očvršćavanje, okolina i klimatski uslovi itd. U
ovom poglavlju razmatraju se mehaničke i različite vrste hemijskih stabilizacija.
Proces odlučivanja o stabilizaciji tla - o izboru materijala i odgovarajućim dozama
neophodno je znati vrstu materijala - klasu, indeks plastićnosti- PI, analizu sita, %
prolaza, Aterbegove granice itd.

Sl.666:- Neki od elemenata u procesu odlučivanja o stabilizaciji tla
Stabilizacija tla ima za cilj poboljšanje parametara smičuće čvrstoće tla, što rezultuje
većom nosivošću. U nekim slučajevima slojevi tla nisu dovoljno čvrsti da bi podneli
veliku količinu strukturnog opterećenja. Zbog složene prirode tla, stabilizacija je ponekad
neizbežna radi poboljšanja njegovih fizičko-mehaničkih svojstava. Stabilizacija ne samo
da povećava smičuću čvrstoću tla, već i poboljšava svojstva tla zbog smanjenja i bubrenja.
kao rezultat toga, može se koristiti kao koristan pristup za smanjenje propusnosti i
kompresibilnosti tla. Uopšte postoji nekoliko metoda za stabilizaciju tla, uključujući
mehaničku i hemijsku stabilizaciju.

→ Metode stabilizacije tla

Za izgradnju građevinskih objekata, tlo ili šljunčani materiali, na kojima se ovi objekti
grade, moraju biti dovoljno čvrsti protiv zateznih napona i zadovoljavaju posebne
specifikacije.
Dodavanje cementnih materijala poput cementa ili kreča može se postići veća čvrstoća i
manja propusnost. Ova operacija melioracije tla može se provesti bilo in situ ili ex-situ
stabilizacijom.

502/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.667:- “Saobracaj” na nestabilizovanim saobraćajnicama

Glavne metode ojačavanja tla su: fizičko-hemijska, mehanička i strukturna.

Fizičko - hemijske metode ojačavanja tla smatraju se najmodernijim i visoko efikasnim.
Među njima su sledeće:
a) Mehanička stabilizacija i
b) Stabilizacija upotrebom različitih vrsta mešavina:
1. Stabilizacija krečom
2. Stabilizacija cementom
3. Hemijska stabilizacija
4. Stabilizacija letećim pepelom
5. Stabilizacija bitumenom
6. Stabilizacija pomoću geotekstila i tkanina
Značajno je da nekoliko faktora utiče na konačan rezultat stabilizacione operacije.
Organski sadržaj, sulfati, sulfidi, zbijanje, sadržaj vlage najefikasniji su faktori efikasnosti
metode stabilizacije.

Dakle, pod stabilizacijom tla dodacima podrazumeva se mešanje prirodnog tla sa
različitim dodacima i/ili vezivima.

Fizičko - hemijske metode ojačanja tla smatraju se najmodernijim i visoko efikasnim.
Među njima su sledeće.

 Fizičko i hemijsko poboljšanje:
• Stabilizacija uz upotrebu smesa i veziva,
• Injektiranje,
• Mlazno injektiranje i
 Poboljšanje tla sa dodacima:
- Poboljšanje tla dodavanjem materijala
- Mešanje tla sa vezivima (cement, kreč, bitumen, pepeo...)
- Mlazno cementiranje - Jet grouting
- Injektiranje tla
→ Mešanje tla sa vezivima:
- Kreč
- Cement
- Bitumen
- Pepeo i šljaka
- Postupak stabilizacije:
• na licu mesta (razrivanje površine terena, rastresanje‐ aerisanje, dodavanje
stabilizacionog sredstva, mešanje, razastiranje i zbijanje)
• mešanje pre ugrađivanja (stabilizovana mešavina se pripremi van mesta
ugrađivanja i onda dopremi na gradilište)

503/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Stabilizacija krečom:
- Pogodna su sitnozrna tla.

Stabilizacija cementom:
- Pogodna su krupnozrna tla i tla na prelazu ka sitnozrnim.

Stabilizacija bitumenom:
- Primenjuje se kod svih vrsta materijala
- Izaziva slepljivanje čestica (povećava se kohezija)
- Količina bitumena 2‐4%, izuzetno 10%

Stabilizacija pepelom:
- Leteći pepeo (Fly ash) - pogodna su sitnozrna tla.
Poboljšanje tla sa dodacima - površinsko mešanje:
- Rotofrezer (Pulvimikser) (engl. pulverizing mixer)
- DSM - Deep Soil Mixing

Poboljšanje tla sa dodacima - dubinsko mešanje:
DSM- Deep Soil Mixing
- Vlažna metoda
- Suva metoda
Jet grouting (mlazno cementiranje)

Sl.668:- Neke metode obrade
- stabilizacije tla - šema

Poboljšanje tla preduzima se uvek zbog prevelikih sleganja, ili opasnosti od nedovoljne
nosivosti temeljnog tla ispod objekta. Sve mere poboljšanja mogu se svesti na sledeće
principe:
- mere kojima se poboljšavaju svojstva tla i
- mere kojima se poboljšavaju (modifikuju) uslovi u tlu.

a) poboljšanje svojstava tla:
c - kohezija, (cu)
 - ugao unutrašnjeg trenja,
 (kN/m
3
) - specifična težina,
k (cm/s) - koeficijent propusnosti

504/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
b) promena uslova u tlu - kada se poboljšavaju prosečna svojstva tla dodatkom nekog
drugog materijala (npr. niz pilota od šljunka, geosintetički materijali,
injektiranje, dubinsko mešanje dodavanje aditiva po dubini uz mešanje tla,
više kombinovanih metoda…)

Uslovi u tlu i/ili svojstva tla mogu biti nedovoljno dobri za planirani zahvat: nosivost
ispod temelja, osiguranje malih deformacija, brzinu konsolidacije, zaštitu od
proceđivanja, stabilnost pri iskopu i tsl. U tom slučaju moguće je planirati poboljšanje
svojstava tla (kada menjamo njegova svojstva) ili poboljšavati uslove u tlu (kada se
izvođenjem dodatnih zahvata u tlu menjaju uslovi). Time se racionalnije, brže i
jednostavnije mogu ostvariti pretpostavke za sigurno izvođenje zahvata.

Spektar postupaka poboljšanja tla je vrlo veliki. Uopšte radi se o postupcima kojima se
poboljšava tlo kao materijal (povećanje gustine tla zbijanjem, promena svojstava tla
dodavanjem raznih dodataka) ili kojima se u tlu izvode dodatni elementi koji se tretiraju
ili kao prosečno poboljšanje tla ili kao poboljšanje određene zone tla (razne vrste stubova,
pilota, umetanje geosintetika, postupci ubrzavanja konsolidacije i sl.).

Pri izgradnji građevinskih objekata, posebno linijskih (saobraćajnice, razni cevovodi,…)
ponekad je nemoguće izbeći deonice na kojima temeljno tlo ili tlo posteljice ne mogu
zadovoljiti minimalne zahteve kvaliteta koje projekti ili neki opšte važeći propis
postavljaju na njega i stanje njegove ugrađenosti. U takvim slučajevima primenjuju se
različiti postupci poboljšanja svojstava tla, stabilizacije, dodavanjem određenih veziva ili
korekcijom granulometrijskog sastava i mehaničkim zbijanjem. Osim tradicionalno
primenjivanih materijala za stabilizaciju slabo nosivih tla, na primer kreča kod
koherentnih materijala i cementa kod nekoherentnih i onih koji predstavljaju prelaz od
nekoherentnih prema koherentnim materijalima, danas se u svetu upotrebljavaju brojni
proizvodi na bazi sintetičkih polimernih emulzija, ulja, enzima, katrana, bitumena i
drugih materijala ili se koriste određena biološka sredstva. Pri tome takvi materijali deluju
samostalno ili u kombinaciji sa nekim od tradicionalnih materijala (kreč, cement ili
bitumen) pospešujući njihovo delovanje. Iako proizvođači sve ove proizvode deklarišu
kao vrlo uspešne, u praksi se uspešnost njihove primene pokazala promjenljivom.
Provedena in situ ispitivanja uglavnom dokazuju da se primenom ovih novih vrsta tipova
materijala za stabilizaciju slabo nosivih tla postižu određeni učinci, ali uopšte ostao je
nepoznat vek trajanja ovih učinaka.
Osim toga vrlo često primećuje se da je količina informacija koju proizvođači
netradicionalnih sredstava za stabilizaciju daju inženjerima na gradilištu ili projektantima
nedovoljna i nepotpuna, što rezultuje smanjenim poverenjem korisnika tih proizvoda za
stabilizaciju. Široj primeni netradicionalnih materijala za stabilizaciju biće nužna
prethodno dobro dokumentovana, dugotrajna ispitivanja na izgrađenim probnim
deonicama. Pravilno i objektivno izveštavanje o rezultatima ispitivanja svakako će
povećati poverenje prema tim proizvodima i proširiti saznanje o njihovim ograničenjima
ili koristima.

505/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.1. Stabilizacija vezivima, tabela 65

Tlu se mogu dodavati veziva (prema opšte tehničkim uputstvima - OTU):
a) - Kreč, hidratizovan;
- Kreč, mleveni, živi (negašeni);
b) - Cement, portland;
- Cement, portland sa dodacima (zgura ili pucolan);
c) Industrijski ostaci (topionička šljaka, šljaka iz termoelektrana, leteći pepeo, cementna
prašina, troska i drugo).
d) Veziva na bazi bitumena i neka druga hemijska veziva.

Kreč je jedan od klasičnih dodataka. Koristi se za stabilizaciju sitnozrnog, vezanog tla.
Stabilizacija krečom je odavno poznata metoda za poboljšanje svojstava tla.
Cement se koristi za stabilizaciju nekoherentnog tla i mešanog tla.

→ Tradicionalni/klasični postupci stabilizacije

Stabilna tla kao što su kameni materijal ili šljunkovito peskoviti materijali u zbijenom
stanju ne menjaju svojstva pod uticajem spoljnih faktora ponajpre vode i mraza.
Nestabilna tla, bilo koherentna bilo nekoherentna, pod delovanjem vode i smrzavanja
menjaju svoja svojstva. Osnovni uzrok nestabilnosti nekoherentnih tla, na primer sipkih
jednozrnastih peskova, je odsutnost kohezije između čestica i relativno malo trenje
između zrna zbog nedostatka ispune šupljina među zrnima sitnijim materijalom, dok je
kod koherentnih tla osnovni uzrok nestabilnosti voda. Nestabilnost materijala pri
građenju je vrlo nepoželjno svojstvo. Tradicionalnim postupcima stabilizacije najpre se
nastojalo prevladati ili ograničiti promenljivost onih svojstava nestabilnih materijala koja
su ga činila takvim. Cement i kreč smatraju se materijalima koji su se tradicionalno
primenjivali pri stabilizaciji tla. Mehanička stabilizacija kod koje se korekcijom
granulometrijskog sastava i mehaničkim zbijanjem postižu stabilizacioni efekti može se,
osim navedenih, svrstati u tradicionalne načine stabilizacije.

Navedeni načini stabilizacija dugo su se proučavali i o njima se zna mnogo ili gotovo sve
pa će se u nastavku samo kratko osvrnuti na svaki način pojedinačno.

→ Hemijski postupci
Postoje hemijski postupci poboljšanja svojstava tla kojima se zapremina tla obogaćuje
nekim hemijskim spojem čiji je zadatak da unapredi neka svojstva, npr. čvrstoću.
Pokušalo se na razne načine postići dobre rezultate, no uopšte stručnjaci smatraju da su ti
postupci ograničeni na specifične uslove u tlu i/ili na materijale koji se dodaju tlu.

Opšti problem ovih postupaka svodi se na sledeće :
- dodaci se doziraju u malim količinama i njihova jednolična raspodeljenost po zapremini
tla je tehnički teško izvodiva, a time i skupa,
- dodaci različito reaguju na mineraloški sastav pojedinog tla, pa je direktan prenos
iskustava nepotpun,
- pre odobrenja upotrebe nekog takvog postupka potrebno je detaljnim programom
ispitivanja relevantnih parametara i uslova izrade u laboratoriji i na terenu dokazati
efekte na tlo,
- poboljšanje obično podrazumeva i vremenski efekat - povećanje efekta sa vremenom,
što mora biti obuhvaćeno ispitivanjem, kontrolom i prikazom rezultata.

506/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 65 - poboljšanje tla sa dodacima

POBOLJŠANJE TLA SA DODAC IMA
 Mešanje sa vezivima:
- Cement
- Kreč
- Bitumen
- Pepeo i šljaka
- Postupak stabilizacije:
• na licu mesta (razrivanje površine terena,
rastresanje‐aerisanje, dodavanje stabilizacionog
sredstva, mešanje, razastiranje i zbijanje)
• mešanje pre ugrađivanja (stabilizovana
mešavina se pripremi van mesta ugrađivanja i
onda dopremi na gradilište)

Dodaci:
-Kreč (živi-negašeni) kreč/CaO,
-hidratisani kreč/ Ca(OH)2)
- Cement,
-Leteći pepeo, prašina od
cementne peći (CKD)

Stabilizacija cementom:
- Pogodna su krupnozrna tla i tla na prelazu ka
sitnozrnim
U zavisnosti od količine cementa razlikuju se:
- Cementno tlo - homogeni materijal koji
sadrži 5‐15% cementa u odnosu na
masu tla. Cement ispunjava pore i formira se
cementna rešetka u kojoj su
zarobljena zrna tla. Stabilizovano tlo ima
visoku čvrstoću 2‐7 Mpa, otporno je na
eroziju, vlagu i mraz. Primenjuje se kod
nosećeg sloja saobraćajnica
- Tlo poboljšano cementom - sadrži 2‐5% cementa.
Zrna tla su povezana cementom samo na delu
površine i nije formirana cementna rešetka.
Primenjuje se za stabilizaciju posteljice

Stabilizacija krečom:
- Pogodna su sitnozrna tla
- Stabilizacija se vrši dodavanjem 2‐8%
gašenog kreča u odnosu na masu tla
- Dolazi do hemijske reakcije između gašenog
kreča i minerala gline i menjaju se svojstva tla
- Minerološki sastav gline utiče na jačinu reakcije
- Smanjuje se vlažnost tla
- Formira se čvrst kostur i menja se
granulometrijski sastav (ukrupnjavanje)
- U dužem vremenskom periodu dolazi do
pucolanske reakcije - reagovanje kreča sa
aktivnim silikatima i mineralima gline. Zrna
se slepljuju i na taj način se povećava čvrstoća tla
- Smanjuje se indeks plastičnosti Ip
- Ekonomičnije od stabilizacije cementom
- Efekat stabilizacije na povećanje nosivosti

Stabilizacija bitumenom:
- Primenjuje se kod svih vrsta materijala
- Izaziva slepljivanje čestica (povećava se
kohezija)
- Količina bitumena 2‐4%, izuzetno 10%

Stabilizacija pepelom:
-Pepeo je produkt sagorevanja uglja u
termoelektranama. U zavisnosti od vrste uglja dobija
se pepeo klase C koji ima samovezujuća svojstva
(potrebna je samo voda zap početak reakcije) i pepeo
klase F koji ima samo pucolanska svojstva (potrebna
je voda i aktivator)
- Optimalan sadržaj 10‐30% u zavisnosti od vrste tla
i pepela
- Efekti stabilizacije: povećava se čvrstoća i
nosivost, smanjuje se indeks plastičnosti i bubrenje

Najpoznatiji slučaj takvog poboljšanja je dodavanje kreča koherentnom tlu. Ovo se
najčešće izvodi u putogradnji, pri pripremi podloge ili nasipa, kada se radi o slojevima
tla. Usitnjenom tlu dodaje se kreč radi smanjenja vlažnosti i povećanja čvrstoće. Otprilike

507/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
se za svakih 1% dodatka kreča smanjuje vlažnost za 1%. To može biti skup postupak, a
postoji opasnost da se promenom hemizma vode koja teče kroz takvo tlo izgubi postignuti
efekat cementacije.

Stabilizacija krečom koristi se kod fino granulisanog tla obično u količini od 5-10%. Kada
se dodaje glinenom tlu, odvija se nekoliko hemiskih reakcija, uključujući i zamene
katjona u jone kalcijuma, koje utiču na:
- smanjenje granice tečenja,
- povećanje granice plastičnosti,
- smanjenje indeksa plastičnosti
- povećanje granice skupljanja,
- povećanje obradivosti i
- poboljšanje čvrstoće i deformacionih osobina tla.
Kako je rečeno, ova stabilizacija se najčešće izvodi u putogradnji, kod pripreme podloge
ili nasipa, kada se radi o slojevima tla. Usitnjenom tlu dodaje se kreč radi smanjenja
vlažnosti i povećanja čvrstoće. Otprilike za svakih 1% dodatka kreča smanjuje se vlažnost za
1%.

Takvo tlo je čvršće- kruće ali i sklonije pukotinama (opada plastičnost osnovnog
materijala).

1.8.1.1.Stabilizacija tla krečom (kalcijum hidroksid CaO+H2O→Ca(OH)2+topl.(65 kJ/mol)

Metoda stabilizacije tla krečnom jedinstvena je tehnika za poboljšanje čvrstoće tla u
različitim projektima kao što su putne zgrade. Ukratko, dodavanjem kreča povećava se
stabilnost tla, nosivost i smanjuje njegova propusnost. Visoka efikasnost ove metode
dokazana je mnogim projektima širom sveta. Značajno je da je stabilizacija tla krečnom
pogodna za glinovita tla, a ne za zrnasta ili peskovita tla.

Prva poznata stabilizacija krečom napravljena je pre više od 5000 godina, a kroz istoriju
koristili su je poznati svetski graditelji kao što su Kinezi, Indijci i Rimljani.

Sl.669:- Stabilizaciju tla krečom: cisterna za razastiranje kreča sa dozatorom i zbijanje tla valjcima

→ Hemijski efekat dodavanja kreča

Stabilizacija krečom može se primenjivati kod koherentnih glinovitih tla. Kreč nije
samostalno vezivo, nego vezivo nastaje iz produkta reakcije kreča i komponenata tla pri
čemu mineraloški sastav gline uveliko utiče na jačinu reakcije. Sadržaj vode u izvornom
tlu smanjuje se hidratacijom veziva i postupkom apsorpcije vode. Kada se doda kreč,
dolazi do pucolanske reakcije koja rezultuje proizvodnjom stabilnih hidrata kalcijum-
silikata i hidrata kalcijum-aluminata. Ako ima dovoljno kreča i odgovarajućeg pH, ova
pucolanska reakcija može trajati vrlo dugo i biti 100 posto završena. Ova hemijska
reakcija praćena je izmenom jona između kreča i tla što rezultuje smanjenjem indeksa
plastičnosti. Shodno tome dodavanje kreča povećava stabilnost tla.

508/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl. 670:- Osnovni mehanizam stabilizacije krečom
(Ingles i Metcalf, 1972).

Ukratko, dodavanje kreča povećava
stabilnost tla, nosivost i smanjuje njegovu
propusnost. Visoka efikasnost ove metode
dokazana je mnogim projektima širom sveta.
Da bi se postigla maksimalna moguća čvrstoća i optimizirala ova metoda, smesa se mora
projektovati na osnovu evro kodova i iskustva stručnjaka. Značajno je da je stabilizacija
krečnog tla pogodna za glinovita tla, a ne za zrnasta tla ili peskovita tla.

Nakon projektovanja optimizovane smese, sadržaj kreča se dodaje u dva koraka.
Dodavanje kreča može se izvršiti u obliku kaše ili krečnog praha. Dodavanje kaše je
efikasnije za postizanje ujednačenije smese. U slučaju dodavanja kreča u prahu, voda se
raspršuje na tlo kako bi se osigurala optimalna vlaga za mešanje. Nakon završetka prvog
dodavanja, zavisno od vrste tla i plana, smesa se ostavi određeno vreme (do 5 dana).
Zatim se u tlo dodaje preostali sadržaj. Konačna smeša se zbija valjcima i vlaži da
postigne maksimalnu suvu gustinu. Kao i obično, kvalitet postupka treba proveriti
uzimanjem uzoraka i testovima na licu mesta.

→ Stabilizacija krečom - efekti i rezultati
- Stabilizacija se vrši dodavanjem 2‐8% gašenog kreča u odnosu na masu tla,
- Dolazi do hemijske reakcije između gašenog kreča i minerala gline i menjaju sesvojstva tla,
- Minerološki sastav gline utiče na jačinu reakcije,
- Smanjuje se vlažnost tla,
- Formira se čvrst kostur i menja se granulometrijski sastav (ukrupnjavanje),
- U dužem vremenskom periodu dolazi do pucolanske reakcije - reagovanje kreča sa
aktivnim silikatima i mineralima gline.Zrna se slepljuju i na taj način se povećava čvrstoća tla,
- Smanjuje se indeks plastičnosti Ip
- Ekonomičnije od stabilizacije cementum

Sl.671:- Stabilizacija krečom - efekti i rezultati
→ Efekat stabilizacije na povećanje nosivosti

Primena kreča ekonomičnija je od primene cementa. Efekti stabilizacije su sledeći:
- smanjenje vlažnosti tla zbog hemijske reakcije pri kojoj nastaje toplota a voda isparava.
- stvara se čvrsti kostur vezivanjem kreča za čestice gline
- spora, pucolanska reakcija sa glinom polako gradi čvrsti silikatni kostur (kroz 2-3
godine)
- hemijska reakcija uslovljava rast granice plastičnosti wp a smanjenje Ip,.
Ip(wl ≡ const, wp raste).
Pre dodavanja kreča
Posle dodavanja kreča

509/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.672:- Granulometrijsko područje tla pogodno za stabilizaciju krečom
→ Stabilizacija krečom - projekat mešavine
Početne vrednosti - dobro tlo (koherentna glinovita tla):
- > 25% prolaza kroz sito od 75 mikrona i Ip > 10
- Jonska reakcija praćena opadanjem Ip(wl≡const,wp raste).
Eades & Grim test:
- Minimalna količina kreča za dovođenje pH na 12,4
Proktorov test:
- Optimalna MC i maksimalna gustina suve površine
Ispitivanje čvrstoće na pritisak bez ograničenja:
- Podešavanje % kreča da bi se postigla željena čvrstoća.
Učinak je merljiv CBR opitom prikazanim na sledećem
dijagramu.
Sl.673:- Granulometrijsko područje tla pogodnog za stabilizaciju krečom i CBR vrednosti

Za stabilizaciju krečom nije pogodno svako tlo. Za stabilizaciju tla krečom od posebne
važnosti je frakcija materijala ispod 0,002mm, koja se u mehanici tla smatra čistom
glinom. Međutim ponašanje te frakcije u dodiru sa vodom (plastičnost) znatno se
razlikuje kod pojedinih materijala različitog porekla. Razlog tome nije granulacija, već
mineraloški sastav gline. Sa inženjerskog gledišta postoje tri glavne grupe minerala glina:
kaoliniti, iliti i montmorilonit.

Kreč se koristi za stabilizaciju glinovito - prašinastog tla. Za nekoherentna tla koristi se
cement pa se u literaturi takva mešavina nalazi pod nazivom soil-cement, cementirano
tlo.

Stabilizacija krečom na terenu može se izvesti na više načina:
- Materijal "in situ" i/ili materijal iz pozajmišta meša se sa odredenom količinom kreča
na terenu i zbija posle dodavanja vode.
- Materijal sa krečom uz dodatak vode meša se u postrojenju, razastire u slojevima i
valja valjcima
- Krečna tečna smesa injektira se u tlo na dubinu 4,0-5,0 m. Injektirana smesa od kreča
priprema se u posebnim mikserima i pomoću pumpi injektira pod velikim pritiskom u
trup nasipa (puta), odnosno objekat.

→ Upotreba kreča u građevinarstvu pri stabilizaciji
Kreč postaje sve važniji materijal u građevinarstvu: krečni i krečno/cementni spojevi, koji
nude ključne tehničke, ekonomske i ekološke prednosti, koriste se u očvršćivanju i
stabilizaciji tla. Dodavanje kreča bitumenu poboljšava se trajnost asfaltnih slojeva.

Upotreba krečno/cementnih spojeva za stabilizaciju temeljnog sloja ispod prometnih
područja i zgrada, eliminiše potrebu zamene postojećih podloga. Kao rezultat toga, više
nije potrebno uklanjanje, prevoz ili zbrinjavanje neodgovarajućeg materijala ili
isporučivanje odgovarajućih agregata (drobljenog kamena, šljunka). Ovo štedi vreme i
smanjuje troškove, a ima i značajno pozitivan ekonomski učinak.

510/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.674:- Stabilizacija tla krečom - razastiranje kreča dozatorom i raspršivačem

Sl.675:- Stabilizacija tla krečom: mehanizacija i faze radova na stabilicaciji podloge saobraćajnice
Na kraju ovog razmatranja o kreču treba reći i da su to baze, pH >7 do pH =14, koje mogu
izazvati opekotine na koži onih koji rukuju sa njima. Ovo se naročito odnosi na živi kreč.
Pri radu sa krečom, treba uvek predviđati potrebne tehničke i zaštitne mere kako bi se
takvi efekti izbegli.

Stabilizacija krečom sprovodi se u nekoliko koraka, kako sledi, (Lime Stabilization Steps)

Stabilizacija krečom: koraci (Lime Stabilization: Steps)

- Razrivanje pre dodavanja kreča (Scarifying)
(rijanje riperima dozera ili tsl.)

- Širenje (prostiranje) kreča (Lime spreading)

- Nanošenje smese - emulzije (Slurry application)

- Rotacioni mikser za mešanje
(Rotofrezer (Pulvimikser)
(engl. pulverizing mixer)

- Razrivanje nakon dodavanja kreča
(Scarifying after lime addition)

Scarifying
Lime spreading

Slurry application
Dust Problem

511/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

- Dodavanje vode (Water addition)

- Rotacioni mikser za početno mešanje (Rotary mixer for initial mixing)

- Konačno mešanje i usitnjavanje nakon perioda otapanja dodatih
(Final mixing & pulverization after mellowing period)

Zbijanje započinje odmah nakon konačnog mešanja:
- Gustina ~ 95% od standardnog Proctora (na osnovu
laboratorijske krive),
- Zbijanje započinje odmah nakon konačnog mešanja,
- Početno - korišćenje valjka tipa ovčije noge i
- Završni - čelični valjak - pegla sa točkovima.

1.8.1.2 Stabilizacija tla cementom

Za razliku od kreča koje zahteva glinoviti materijal, cementom se mogu stabilizovati i
nekoherentni materijali. Cement, naime, sadrži u sebi pucolanske komponente pa
predstavlja samostalno vezivo.

Stabilizacija cementom ima najveći učinak kod prašinastih i peskovitih tla i kod glinovito
prašinastih tala. Učinak cementne stabilizacije različit je kod koherentnog i
nekoherentnog tla.
Kod koherentnog tla, dodatkom cementa uz prisutnost vode dolazi do hidratacije cementa
i slepljivanja i povezivanja zrnaca. Zbog relativno male količine cementa obavijanje
zrnaca je nepotpuno, tako da mešavina ima veliku poroznost, ali je čvrsta i stabilna, sa
znatno poboljšanom otpornošću na delovanje vlage i mraza.

Sl.676:- Materijali i postupci pripreme materijala za stabilizaciju tla cementom
Mešanjem tla i cementa u "prašinastom" stanju sa vodom (vodenom prašinom) i
zbijanjem mešavine, dobija se "cementno" tlo ili "cementirano" tlo (soilcrete). U
cementnom tlu, cementi kristali oblikuju rešetku (kostur) u kojoj su smeštene (zarobljene)
male grudvice tla. To je homogeno tlo, visoke čvrstoće (2-7 MPa), otporno je na eroziju,
mraz i udar. Koristi se kao nosivi sloj ili završna kolovozna konstrukcija za šumske
puteve, parkirališta, industrijske podove, podove u skladištima i dr.
Compaction

512/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Kod koherentnog tla postoji i dodatni stabilizacioni učinak. Pri hidrataciji iz cementa se
oslobađa određena količina živog kreča, koja reaguje sa aktivnim silikatima i mineralima
gline iz tla i u jednom dužem, sporijem procesu dodatno povećava čvrstoću
stabilizovanog tla.

Tlo, stabilizovano cementom, ne menja ili tek malo menja svoja svojstva sa promenom
vlažnosti, temperature ili drugih klimatskih uticaja, tako da predstavlja pouzdanu
podlogu.

Poboljšano koherentno tlo sadrži 6 -12% mase cementa u odnosu na masu suvog tla
odnosno 22 -37 kg/m
2
, tabela 66.

Cementom se najefikasnije mogu stabilizovati nekoherentna tla (prašinasta i peskovita) i
tla koja su prelaz od koherentnih prema nekoherentnim tlima (prašinasto glinovita).

Mehanizam stabilizacije cementom prikazan je na slici 677, koja se sastoji od četiri
koraka:
- hidratacija veziva,
- reakcija jonske zamene,
- stvaranje proizvoda hidratacije cementa i
- stvaranje proizvoda pucolanske reakcije.

Sl.677:- Mehanizam stabilizacije cementom- hemijske reakcije između gline, cementa, troske i vode
(Saitoh i sar.,1985).
Mehanizam stabilizacije tla cementom razlikuje se kod nekoherentnih tla od koherentnih.
Kod nekoherentnih tla (npr.peska) dodatkom cementa uz prisutnost vode dolazi do
hidratacije cementa, do stvaranja kalcijumovih i aluminijumovih hidrata i slepljivanja i
povezivanja zrnaca. Zbog relativno male količine cementa (6-2% mase suvog tla odnosno
22 do 37 kg/m
2
) obavijanje zrnaca je nepotpuno, tako da sistem ima veliku poroznost, ali
je čvrst i stabilan pa mu je znatno poboljšana otpornost na delovanje vlage i mraza.

Razlikuje se nekoherentno (zrnasto) tlo poboljšano cementom sa 2-5% cementa i
cementirano tlo sa 5-15% cementa u odnosu na masu suvog tla.

Za nekoherentna tla koristi se cement pa se u literaturi takva mešavina nalazi pod
nazivom soil-cement, cementirano tlo.

Kod mešavine koherentnog tla (prašinaste gline i sl.) i cementa dolazi isto tako do
hidratacije i pojave vezivanja čestica tla. Kod manje količine cementa u stabilizacionoj
mešavini mogu se stvoriti jezgra koja međusobno nisu povezana, ali ipak učvršćuju
strukturu, dok se kod većih količina cementa razvija fini cementni skelet koji prožima
materijal i poboljšava mu mehaničke karakteristike.

513/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Iako se cementom može stabilizovati praktično svako tlo, u praksi su pogodnija
prašinasto-glinovita, prašinasta i peskovita tla nego glinovita tla, jer gline, zbog svog
sastava, traže veću količinu cementa. Svakako da su zato, za stabilizaciju cementom
najpogodniji krupnozrni materijali (peskoviti šljunak), ali kako se oni ređe mogu naći u
tlu, odnosno posteljici (a i tada većinom zadovoljava mehanički način ugradnje),
stabilizacija ovih materijala spada više u domen kolovozne konstrukcije, nego posteljice.
Pogodna su krupnozrna tla i tla na prelazu ka sitnozrnim. Švajcarski, nemački i srpski
propisi propisuju granična granulometrijska područja za stabilizaciju cementom, sl.678.

Materijali sa leve strane propisanog područja nisu pogodni za stabilizaciju cementom
zbog toga što su previše sitni i zato zahtevaju velike količine cementa. Materijali sa desne
strane propisanog područja su prekrupni i nepovoljni za obradu - ugradnju mašinama.
Stabilizaciju cementom moguće je primeniti ako je wl ≤ 40% i Ip ≤ 15%, zbog mogućnosti
mešanja sa cementom.

Sl.678:- Granulometrijski dijagram sa područjem pogodnim za cementnu stabilizaciju
Cement se koristi kao stabilizacioni materijal za tlo posebno kod izvođenja autoputeva i
zemljanih brana. Količina cementa za stabilizaciju zavisi od vrste tla, a kreće se od 6-14%
zapremine. Nevezano tlo i glinovito tlo niske plastičnosti pogodno je za cementnu
stabilizaciju. Slično kreču, cement povećava čvrstoću tla, koja se vremenom povećava.

Osnovni materijal za stabilizaciju ne smeju sadržavati štetne materije, koje bi mogle
omtati ili sprečiti proces vezivanja cementa, a to su najčešće organske materije (u
prekomernoj količini), a posebno su opasni sulfati.

U tabeli 66 prikazane su granice potrebnih količina cementa kod pojedinih vrsta
materijala u postocima od mase tla, kao i za stabilizaciju sloja tla debljine 20 cm.
Tabela 66 - potrebne količine cementa za stabilizaciju pojedinih materijala

Koraci pripreme i ugradnje cementa
sa tlom vrlo su slični onima za
stabilizaciju krečom.

Sl.679:- Koraci ugradnje cementne smese
pri stabilizaciji tla

514/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.1.3. Stabilizacija bitumenom

Bitumen (bitumen/asphalt cement, Bitumen) je crna lepljiva mešavina različitih organskih
supstanci kod koje se elastoviskozno ponašanje menja sa promenom temperature, a na
normalnoj temperaturi polučvrsta ili čvrsta masa, koja se sastoji od ugljovodonika i
njihovih nemetalnih derivata, topljiva je u toluenu, a nalazi se u prirodi ili se dobija
preradom nafte. U asfaltnim mešavinama bitumen ima ulogu vezivnog sredstva. Bitumen
zaptiva pore tla, smanjujući tako njegovu propusnost, a takođe može povećati čvrstoću
smicanja pružajući koheziju između čestica.

Dakle, bitumen je ugljovodonično vezivo. To je crna, polučvrsta ili čvrsta lepljiva masa
potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu (CS2). Dele se na: prirodni (čisti ili pratioci
krečnjaka i peščara) i veštački (tzv. naftni bitumeni).
Elementarni sastav bitumena:
- Ugljenik (C) 70-80%
- Vodonik (H) 10-15%
- Sumpor (S) 2-9%
- Kiseonik (O) 1-5%
- Azot (N) 0-2%

Sl.680:- Bitumenizirana asfaltna mešavina - asfalt

→ Bitumenska stabilizacija
- Pogodno je svako anorgansko tlo koje se može mešati sa asfaltom -bitumenska
stabilizacija.
- U tlima bez kohezije, asfalti vežu čestice tla i služe kao vezivno sredstvo.
- U kohezivnim tlima asfalti štite tlo zatvarajući njegove praznine i izolirajući ih vodom.
Pomaže u održavanju niskog sadržaja vlage i povećanju nosivosti.
Potrebna količina bitumena varira između 4 i 7 težinskih %.

Za stabilizaciju bitumenom koristi se penasti bitumen ili bitumenska emulzija.

Određena zrnasta tla mogu se stabilizovati dodavanjem bitumena kao što je:
- Bitumenska emulzija
- Penasti bitumen
- Bitumenizirana/asfaltna mešavina - Asfaltni bitumen.

→ Penasti bitumen se proizvodi dodavanjem malih količina vode (približno 2 do 3 % u
odnosu na masu bitumena) vrućem bitumenu. Za ovaj postupak koristi se bitumen koji se
i obično primenjuje u proizvodnji vrućih asfaltnih mešavina, a najčešće su to bitumen
analogni BIT-60 do BIT-200. Kada se ubrizga, voda naglo isparava, uzrokujući
tako eksplozivno penušanje bitumena u zasićenoj vodenoj pari.
Bitumen se na taj način širi orijentaciono 15 do 20 puta od svoje početne
zapremine čime se njegov viskozitet značajno smanjuje. U tom obliku, on je izuzetno
pogodan za mešanje sa hladnim agregatom.

Penasti bitumen može se koristiti kao vezivo za stabilizaciju različitih vrsta agregata,
počev od drobljenog kamena dobrog kvaliteta, do šljunkovitih materijala sa sadržajem
čestica relativno visoke plastičnosti. Tipična struktura materijala stabilizovanog penastim
bitumenom data je na slici 681.

515/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl. 681:- Prikaz proizvodnje penastog bitumena u ekspanzionoj komori i tipična struktura materijala stabilizovano
penastim bitumenom
→ Bitumenska emulzija je bitumen i voda sa određenim emulgatorima (stabilizatori).
Prema stabilnosti (brzini raspadanja) postoje: NE 50 (nestabilne emulzije), PE 55
(polustabilne) i SE 55 (stabilne).
- Primenjuje se kod svih vrsta materijala
- Izaziva slepljivanje čestica (povećava se kohezija)
- Količina bitumena 2‐ 4%, izuzetno 10%

→Bitumenizirana/asfaltna mešavina (asphalt mix/mixture, Asphaltmischgut) je
mešavina kamenih zrna punila, peska, sitneži i/ili šljunka, bitumenskog veziva i
eventualno potrebnih dodataka, po pravilu proizvedena vrućim postupkom u asfaltnoj
bazi. Bitumenizirane mešavine kamenih zrna danas su najviše korišćen materijal za izradu
asfaltnih slojeva u savremenim kolovoznim konstrukcijama.

Bitumenizirana/asfaltna mešavina (tlo-bitumen)- to je vodonepropusni, kohezivni sistem
tla.
Najbolji rezultati postižu se ako tlo zadovoljava sledeće kriterijume.
- Prolaz sito br. 4 (4,76 mm) 50%
- Prolaz sito br. 40 (0,425 mm) 35-100%
- Prolaz sito br. 200 (0,074 mm) 10-50%
- Granica plastičnosti manja od 18%
- Granica tečnosti manja od 40%
Maksimalna veličina čestice ne sme biti veća od jedne trećine zbijene debljine bitumena tla.
Potrebna količina bitumena varira od 4 -7% suve mase.
Preporučuju se tla od tri različite gradacije.
- Za tri gradacije, procenat prolaska kroz sito No.200 varira između:
- 8 do 12
-10 do 16
-13 do 30
Faktori koji utiču na stabilizaciju bitumena:
- Vrsta tla
- Količina asfalta
- Mešanje
- Zbijanje
Tip tla:
- Efikasan je u stabilizaciji peskovitih tla koja imaju malo ili nimalo sitnih čestica.
- Kohezivno tlo sa P.L < 20% i L.L <40% može se stabilizovati.
- Plastične gline se ne mogu pravilno tretirati zbog problema sa mešanjem a potrebna je i
velika količina asfalta.
- Sitnozrna tla koja imaju visoku pH vrednost i otopljene soli ne reaguju dobro.

516/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.1.4. Stabilizacija pepelom
- Pepeo je produkt sagorevanja uglja u termoelektranama. U zavisnosti od vrste uglja
dobija se pepeo klase C koji ima samovezujuća svojstva (potrebna je samo voda za
početak reakcije) i pepeo klase F koji ima samo pucolanska svojstva (potrebna je voda
i aktivator)
- Optimalan sadržaj 10‐30% u zavisnosti od vrste tla i pepela
- Efekti stabilizacije: povećava se čvrstoća i nosivost, smanjuje se indeks plastičnosti i
bubrenje

→ Elektrofilterski pepeli predstavljaju ostatke sagorevanja samlevenog uglja u lozištima
termoelektrana i sličnim postrojenjima. To su fini prašinasti materijali loptastog oblika,
koji se primarno sastoje od oksida silicijuma, aluminijuma, magnezijuma, gvožđa,
kalcijuma i drugih primesa. Pucolanski pepeli sa kalcijumovim hidroksidom izazivaju
reakciju iz koje proizlaze cementni produkti. Efikasna (upotrebljiva) smesa može se
pripremiti sa 10-35% lebdećeg pepela i 2-10% kreča. Do danas ovi pepeli, sa većom ili
manjom pucolanskom aktivnošću, koristili su se za stabilizaciju podloga za puteve. Tlo
sa krečom i pepelom je ugrađivano i sabijano u slojevima sa optimalnim sadržajem vlage.

Takvo tlo je kruće ali i sklonije pukotinama (opada plastičnost osnovnog materijala).

Vidljivo je da i vreme i dodaci utiču na porast čvrstoće tla. Dodatak peska omogućava
povećanje čvrstoće u većoj starosti uzorka i kod dodatka cementa.

1.8.1.5. Mehanička poboljšanja slabo granulisakog tla

Jedna mogućnost, koja takođe spada u ovu grupu zahvata je mehanička stabilizacija. To
je zahvat pri kojem se osnovnom tlu, uske granulometrijske krive, dodaju određene
frakcije da bi se postigla granulometrijska kriva jednoliko raspoređenih frakcija u
širokom rasponu (nastoji se dobiti GW ili SW kriva), čime se postiže bolja ugradivost
prilikom zbijanja.
Nisu sva tla jednako pogodna za stabilizaciju. Opšti tehnički uslovi (OUT) daje sledeći
dijagram sa oznakama područja primene sredstava za stabilizaciju:

Sl.682:- Područja primene sredstava za stabilizaciju
Dakle, krupnozrnim tlima lošeg granulometrijskog sastava mogu se dodavati zrnasti
dodaci tla u onom području u kojem nedostaje čestica i tako poboljšati granulometrijski
sastav.

517/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tlu se mogu dodavati veziva. Kreč je jedan od klasičnih dodataka, a pridružio se i cement.
U novije doba koriste se sintetički materijali, ulja, bitumeni i td. kao i najrazličitiji
industrijski ostaci (topionička šljaka, pepeo i šljaka iz termoelektrana, leteći pepeo,
ugljena prašina, cementna prašina), koji služe kao vezivo ali neki mogu služiti i kao
punilo.
→ Stabilizacija promenom granulometrijskog sastava
Krupnozrnim tlima lošeg granulometrijskog sastava (naročito zrna jednakog prečnika)
mogu se dodavati zrnasti dodaci tla u onom području u kojem nedostaje sitna čestica i
tako poboljšati granulometrijski sastav. Potrebno je izvršiti mešanje temeljnog tla sa
dodatnim granulacijama da bi se dobila tražena granulometrijska kriva. Potrebni dodaci
teoretski se mogu odrediti teorijama mešavina. Nakon što je postignuta pravilna
mešavina, vrši se zbijanje valjanjem ili vibriranjem zavisno od vrste tla.

Zavisno od vrste tla, nakon što je postignuta pravilna mešavina, vrši se zbijanje valjanjem
ili vibriranjem.
Pri ovim mešanjima treba voditi računa o osetljivosti mešavine na zamrzavanje.

Sl.683:- Promena granulometrijskog sastava prirodnog tla dodavanjem granulacija koje nedostaju

1.8.1.6. Stabilizacija pomoću geosintetika - geotekstila i tkanina - geopletiva

Geosintetici su polimerni materijali koji svojim karakteristikama omogućavaju
izvanredna tehno-ekonomska rešenja u svim područjima savremenog građenja.
Geosintetici se upotrebljavaju u izgradnji stalnih i privremenih saobraćajnica,
parkirališta, aerodromskih pisti, železničkih pruga, tunela, odlagališta otpada, veštačkih
jezera, obaloutvrda, nasipa, brana, drenaža, temelja građevina, izolacije ravnih krovova,
sportskih igrališta, retenzija itd. Geosintetici omogućavaju značajne uštede u materijalu,
povećanje racionalnosti izgradnje i održavanje građevinskih objekata, zamena skupih
klasičnih građevinskih materijala, povećanje stabilnosti i trajnosti građevinskih objekata,
smanjenje vremena građenja i bolju zaštitu životne sredine.
Međutim, upotreba sintetičkih materijala u građevinarstvu,
odnosno u kontaktu sa tlom, vodom ili rastinjem, mora biti
kontrolisana, jer jedino tako nam donosi značajne koristi.
Geosintetici ugrađeni su u sve značajnije objekte niskogradnje
koji su se zadnjih godina gradili ili se još uvek grade u Svetu,
pa i u Srbiji, ali, kod nas još uvek, nažalost,veoma malo. Usko
sarađujući sa projektantima, investitorima, izvođačima, a pre
svega autoritetima iz građevinske struke, treba promovisati
geosintetike kao način razmišljanja koji je u skladu sa strategijom održivog razvoja, a
istovremeno kvalitetno, dugotrajno i ekonomski opravdano tehničko rešenje.

518/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Uključivanje geosintetika u izgradnju, npr. saobraćajnica, poboljšava njihove
karakteristike - performanse. Ova poboljšanja mogu se odnositi na četiri funkcije:
odvajanje, filtraciju, drenažu i ojačanje. Na primer najkorisnije funkcije u izgradnji
saobraćajnica su odvajanje i ojačanje.
Sl. 684: - Primarna funkcija geosintetika - razdvajanje- separacija (Separation)
Sl. 685: - Primarna funkcija geosintetika - filtracija (Filtration)
Sl. 686: - Primarna funkcija geosintetika - drenaža (Drainage)
Sl. 687: - Primarna funkcija geosintetika - ojačanje(Reinforcement)
Sl. 688: - Primarna funkcija geosintetika - učvršćivanje (stiffening)
Funkcija odvajanja armiranog (ojačanog) elementa sprečava da agregat nosećeg sloja
potone u tlo podloge. Prema tome, debljina nosećeg sloja ostaje konstantna bez
pogoršanja kroz životni vek saobraćajnice. To znači da će biti u stanju da efikasno
rasporedi opterećenje vozila, a da pri tome ne izazove oštećenja u kolovoznoj
konstrukciji.

Mnogi istraživači kao što su Loulizi i ost. i Narejo proučavali su ovu teoriju. Funkcija
ojačanja sadrži tri osnovna mehanizma za ojačanje:
- bočna ograničenja;
- poboljšanje nosivosti i
- efekat tenzione membrane kao što su naveli Giroud i Noiray i Bhosale i Kambale.

519/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Geosintetici danas su u upotrebi u gotovo svim segmentima - saobraćajnice, železnice,
mostovi, hidrotehničke građevine, zgradarstvo, objekti zaštite okoline (odlagališta
otpada), a upotrebljavaju se i u poljoprivredi i šumarstvu.

Sl. 689: - Primarne funkcije geosintetika
Geotekstili, geomreže, geomembrane i geokompoziti objedinjeni su pod zajedničkim
nazivom GEOSINTETICI (geos - zemlja, sintetic - veštački proizvod). To su polimerni
materijali, koji zbog svojih izuzetnih tehničkih karakteristika, omogućavaju veću trajnost
i kvalitet kontrukcija, racionalizaciju troškova građenja, jednostavnu i brzu ugradnju, te
harmoniju sa okolinom.

Pri projektovanju i pravilnom izboru geosintetika, moguća su sledeća područja primene:
SAOBRAĆAJNICE - povećanje nosivosti slabo nosivog tla, temeljenje nasipa, osiguranje
stabilnosti kosina, potporni zidovi, zaštita od erozije, sanacija klizišta, armiranje asfaltnih
konstrukcija, tuneli, drenaže.
HIDROTEHNIČKE GRAĐEVINE - zaštita obala i dna vodotoka, regulacija vodotoka, luke i
marine, nasute brane, sanacija hidrotehničkih objekata, hidrotehničke melioracije.
ZAŠTITA OD EROZIJE - uređenje odlagališta otpada, zaštita voda i tla od mogućeg
onečišćenja, izolacija onečišćenog područja, plivajuće brane, uređaja za prečišćavawe
otpadnih voda, ozelenjaavanje površina, zaštita od odrona.
Geosintetici su proizvodi od sintetičkih materijala koji su napravili pravu revoluciju u
građevinarstvu. Američko društvo za testiranje i materijale (ASTM) u normi D4439
definisalo je geosintetike kao proizvode načinjene od polimernih materijala u upotrebi sa
zemljom, stenom ili drugim sličnim geotehničkim materijalom kao integralni deo
čovekove delatnosti, strukture ili sistema.

Generalno, geosintetici su materijali slični tkanini napravljeni od polimera kao što su
poliester, polietilen, polipropilen, polivinil hlorid (PVC), najlon, hlorisani polietilen, i
drugi.

Kako su prvi značajniji proizvodi takve vrste bili sintetički tekstili, koji su se
upotrebljavali u saobračajnicama i hidrotehnici u cilju stabilizacije odnosno ojačanja tla,
svi slični proizvodi u početku su nazvani geotekstili. No, kako su se u građevinarstvu
počeli koristiti i proizvodi od polimernih materijala, koji se nikako ne mogu svrstati pod
geotekstile, uveden je naziv geosintetici.

520/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→Postoji sve više razloga za primenu geosintetika:

- promena klime može ugroziti i vodotokove koje smo izbegli da zagadimo direktnim
putem, te ih moramo zaštiti, i sačuvati što veće zalihe vode.
- porast cene energije uslovio je da svaka prevremena intervencija na infrastrukturi košta
višestruko više (bez obzira da li se mora izvesti zbog posledica habanja ili opet, promene
klime koja nepredviđenim vremenskim neprilikama sve češće i surovije napada naše
saobraćajnice).
- geosintetici mogu činiti važnu kariku zaokruživanja procesa koji ide od deponovanja
otpada, njegove višedecenijske izolacije i ponovne upotrebe za proizodnju energije,
npr. (kalifornijske deponije promrežene su cevima koje pod zemljom akumuliraju metan
i druge gasove sprovodeći ih direktno u termoelektrane).
- ojačavanje tla i sprečavanje erozije tla neće samo otkloniti opasnost za ljudske živote
ili imovinu, već će omogućiti racionalnu eksploataciju poljoprivrednog, šumskog ili
građevinskog zemljišta...

Dakle, opravdanost primene geosintetika najbolje pokazuju upravo primeri gde je korist
istovremena i višestruka: pravilno zaštićena obaloutvrda istovremeno je pouzdana
podloga za saobraćajni koridor, obezbeđivanje kosina kod saobraćajnica neće štititi samo
saobraćajnicu i doprinositi bezbednosti učesnika, već će štititi i okolinu od štetnih uticaja
vozila (vibracije, izlivanje ulja, nafte i naftnih derivata)...

→ Klasifikacija geosintetika

Sl.690:- Klasifikacija geosintetika i njihovih skraćenica prema EN ISO 10318:2008,

521/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.691:- Tipični geosintetički materijali

522/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Oblasti gde se upotrebljavaju geosintetici

Sl.692: - Oblasti upotrebe geosintetika
→ Geotekstili
Geotekstili su u stvari tekstil u tradicionalnom smislu, ali se sastoje od sintetičkih vlakana,
a ne prirodnih, kao što su pamuk, vuna ili svila. Zato biorazgradnja i kasniji kratki životni
vek nisu problem. Ova sintetička vlakna su napravljena u fleksibilne, porozne tkanine
standardnim mašinama za tkanje ili su spojena na odgovarajući način. Neki su takođe
pleteni. Glavna karakteristika je da su geotekstili porozni za protok tečnosti kroz njihovu
horizontalnu ravan a takođe unutar njihove debljine, u širokom rasponu. Postoji najmanje
100 specifičnih područja primene za geotekstile koji su razvijeni; međutim, tkanina uvek
izvodi najmanje jednu od četiri diskretne funkcije: odvajanje, ojačanje, filtriranje i/ili
drenažu.
♦ geotekstili - planarni, propusni, polimerni (sintetički ili prirodni) tekstilni materijal, koji
može biti netkan, tkani ili pleten, iglani ili toplo valjani, koji se koristi u kontaktu sa
zemljom/stenama i/ili bilo kojim drugim geotehničkim materijalom u građevinskim
primenama. Geotekstili se koriste u širokom rasponu primena, koje nastavljaju rasti sa
razvojem novih oblika geotekstila. Glavne primene su kontrola erozije, filtracija tla,
separatori podloge, armiranje tla u nasipima i potpornim zidovima, i zaštita
geomembrana. Međutim, pet osnovne funkcije su: odvajanje, filtracija, ojačanje,
drenaža, i zaštita.

Sl. 693:- Primeri primene geotekstila koji deluje kao separator (From Giroud, 1981)

523/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 67 - Funkcije geotekstila - najvažnija područja primene

524/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 68 - Funkcije geotekstila - najvažnija područja primeri primene

→ Geopletiva (Geonets)
Geopletiva su trodimenzionalne propusne strukture sastavljene od polimernih istovrsnih
niti ili drugih prirodnih ili sintetičkih elemenata koji su spojeni mehanički, termički,
hemijski ili na neki drugi način. Geopletiva upotrebljavaju se kod drenaža i zaštita od
erozije. Često su sa dodatkom geotekstila pa su tada geokompoziti. Geopletiva su male
čvrstoće pa se mora obratiti pažnja na pričvršćivanje na kosinu i preostaloj visini
proizvoda za protok tečnosti nakon delovanja opterećenja.

525/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.694: - Geopletiva

Geonet (slika 694 i 695.) je mreža izrađena od dve preklopljene serije vlakana (ukupne
debljine 3-15 mm) koji su ukršteni pod konstantnim uglom (između 60 i 90 stepeni)
formirajući konstantne i pravilne otvore (širine 10-20 mm). Ove mreže proizvode se od
ekstrudiranih termoplastičnih polimera (najčešće od polietilena velike gustine).
Zavarivanjem dve serije vlakana vrši se parcijalnom penetracijom na tačkama dodira dok
je polimer još uvek polutečan. Geonet u kombinaciji sa geotekstilom (ima funkciju filtera)
i/ili geomembrane (ima funkciju barijere) može da se koristi za drenažu.
Kada su rebra otvorena, relativno veliki otvori se formiraju u mrežastu konfiguraciju.
Njihova dizajnerska funkcija je u potpunosti u području drenaže gde se koriste za prenos
svih vrsta tečnosti.
Mreža formira protočne kanale u ravni, čineći ove materijale prikladne za spajanje sa
listovima netkanih geotekstila za proizvodnju drenažnih geokompozita. Gotovo svi
geoneti su napravljeni od polietilena.
Sl. 695: - Geoneti - geomreže
Najbolji i najtačniji izvori podataka o geosintetičkim proizvodima iz navedenih
uobičajenih termina je časopis "Geotechnical Fabrics Report" (GFR), Internacionalnog
udruženja industrijskih tkanina (IFAI) a dostupan je na www.geosyntheticsmagazine.com.

1.8.2. Stabilizacija tla pomoću dodataka

- Stabilizacija plitkih slojeva tla (Stabilization of shallow soil layers)
- Ostalo (duboka stabilizacija, itd.) (Other (deep stabilization, etc.))
- Hemijska stabilizacija (kreč i cement) Chemical Stabilization (lime & cement)

→ Stabilizacija plitkih slojeva tla (Stabilization of shallow soil layers)

Postoje dve mogućnosti izrade plitke, površinske stabilizacije tla.
1- rijanje prirodne površine tla sa dodavanjem sredstva za stabilizaciju. Nakon toga se
ponovnim rijanjem meša tlo sa dodatkom i konačno zbija valjanjem bez ili sa
vibriranjem,
zavisno od vrste tla. Na ovaj način mogu se stabilizovati samo relativno tanki, površinski
slojevi tla.
2- stabilizovana podloga pripremi se van prostora ugradnje i ugrađuje slično kao i
zamenjujuće tlo, u slojevima uz valjanje, bez ili sa vibriranjem, zavisno od vrste tla.

526/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.2.1. Hemijski postupci
Postoje hemijski postupci poboljšanja svojstava tla kojima se zapremina tla obogaćuje
nekim hemijskim spojem čiji je zadatak da unapredi neka svojstva, npr. čvrstoću.
Pokušalo se na razne načine postići dobre rezultate, ali uopšte stručnjaci smatraju da su ti
postupci ograničeni na specifične uslove u tlu i/ili na materijale koji se dodaju tlu.

Hemijska stabilizacija se sprovodi kao:
- Injektiranje mase tla (Injection grouting),
- Duboko mešanje tla (Deep soil mixing) i
- Mlazno injektiranje (Jet grouting).
Stabilizacija tla sa dodacima odavno je poznata tehnička mera, koja se koristi kod
izgradnje saobraćajnica i drugih građevinskih objekata na lošem tlu. Kod plitkog
temeljenja ne primjenjuje se često ali može u određenim uslovima biti od koristi i
ekonomski opravdana. Postupak je sličan kao kod zamene nasipom, ali se mesto
prirodnog, zrnastog tla, ugrađuje stabilizovana podloga. Time se postiže manja stišljivost
i veća smičuća čvrstoća, a poboljšavaju se i ostala mehanička svojstva tla.
Pod stabilizacijom podrazumeva se mešanje prirodnog tla sa različitim dodacima i
vodom. Osim prirodnog tla kao punioc (agregat) mogu služiti i neke industrijske otpadne
materije. Ti dodaci mogu biti zrnasti materijali za poboljšanje granulometrijskog sastava
tla, veziva (kreč i cement) - hemijska stabilizacija, i u novije vreme sintetički materijali,
ulja,bitumen itd

Stabilizacija upotrebom dodataka (kreča, cementa i drugih dodataka poput letećeg
pepela, šljake iz visokih peći) usvojena je u mnogim geotehničkim projektima i
projektima infrastrukture. Mešanje tla je mehaničko mešanje tla in situ sa dodacima
(krečnim, cementnim, bitumenskim i dr. materijalima).
Najčešći razlozi za postupke stabilizacije mogu biti:
- formiranje povoljnog granulometrijskog sastava (tzv. mehanička stabilizacija),
- korekcija vlažnosti tla (dodavanjem hemijskog sredstva, npr. kreča) i
- korekcija veza između čvrstih čestica (dodavanjem vezivnog sredstva, npr. cementa).
Faktori koji utiču na poboljšanje čvrstoće i krutosti:
- Sadržaj cementa, odnos vode i cementa (w/c) u kombinaciji vode.
- Način zbijanja.
-Vreme proteklo između mešanja i zbijanja.
- Dužina stvrdnjavanja.
- Temperatura i vlažnost.
- Veličina uzorka i granični efekti.
Klasični redosled stabilizacije je:
1. Raskopavanje tla (buldozerom ili rotofrezerom),
2. Usitnjavanje,
3. Posipanje veziva pomoću samohodnih razastirača,
4. Mešanje materijala i veziva i
5. Zbijanje valjcima i ježevima u zavisnosti od vrste tla .
Stabilizacija tla sa dodacima može se provoditi u plitkim, ali zahvaljujući novim
tehnologijama i u dubokim slojevima tla.
Dakle, stabilizacija tla je metoda plitke do duboke stabilizacije u kojoj se celokupna
zapremina mekog tla može stabilizovati na propisanu dubinu (sl.696). Tehnika je
relativno nova i izuzetno je pogodna za stabilizaciju visokog sadržaja vlage kao što su
glina, muljevita, organska tla i kontaminirani sedimenti. Stabilizacija mase nudi isplativo

527/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
rešenje za poboljšanje tla u sanaciji mesta, posebno sa ogromnom količinom zagađivača
i visokim sadržajem vode. Sanacija većine naslaga kontaminiranih jaružnih sedimenata,
organskih zemljišta i otpadnog mulja obično koristi metodu stabilizacije mase. Metoda
pruža alternativu tradicionalnom načinu poboljšanja tla kao što je uklanjanje i zamena tla.

Sl. 696:- Šematski dijagram stabilizacije tla:1. Rezervoar i vaga stabilizatora; 2. Izvršna mašina; 3.
Alati za mešanje; 4. Stabilizovana masa mekog tla; 5. Nestabilizovano meko tlo;6. Smer stabilizacije
mase; 7.Geotekstil (armatura); 8. Predopterećenje nasipa, (Massarsch i Topolnicki, 2005; EuroSoilStab, 2002)

Mešanje mase tla može se postići bilo upotrebom bagera postavljenog alata za mešanje
sa jedinstvenim šatlovima koji pneumatski dovode vezivo na glavu alata za mešanje i u
zonu mešanja (sl.697) ili samoinfuzijom veziva u rotirajuće svrdlo ili glava za mešanje i
tla (sl.698). Mešač se rotira i istovremeno pomera vertikalno i horizontalno dok meša blok
tla. Prečnik alata za mešanje obično iznosi između 600 mm i 800 mm, sa brzinom rotacije
između 80 i 100 o/min. Tlo se obično stabilizuje u nizu blokova koji je definisan kao
opseg rada mašine. Stabilizacija se izvodi u fazama, prema operativnim mogućnostima
bušeće garniture, koja u principu obuhvata područje od 8 do 10 m
2
i dubinu do oko 1,5
do 10 m. (tj. 1,5 m širine x 5 m dužine x 4 m dubine) sa stopom proizvodnje između 200
i 300 m
3
stabilizovanog mekog tla po smeni (sl.696). Količina veziva je obično u rasponu
od 200 do 400 kg/m
3
(EuroSoilStab, 2002). Kada se primeni odgovarajuća količina
vezivnog sredstva, mešanje se nastavlja da bi se obezbedile optimalne karakteristike
ovako nastale mešavine.
Mešanje tla je in-situ tehnologija obrade tla koja modifikuje inženjerska svojstva
postojećeg tla u zonama definisanim kao što su stubovi, paneli ili blokovi. Dizajniranjem
inženjerskih svojstava i obrazaca obrade, mešanje tla oblikuje podzemne cementno-
cementne strukture za širok spektar primena u područjima niskogradnje i sanacije
okoline: kako bi se poboljšala nosivost i smanjilo sleganje mekog tla, sprečilo sleganje
od zemljotresa, kontrolisati podzemne vode, stabilizovati dno iskopa, sprečiti deformacije
okolnog tla ili očistiti kontaminirano tlo.
Mešanje tla i mlazno injektiranje korisni su za poboljšanje nosivosti tla za izgradnju
temelja, sprečavanje sleganja temelja pod budućim konstrukcijama poput skladišta ili
postrojenja za LNG i in-situ stabilizaciju kontaminiranog tla za sanaciju okoline.
Postoje dve mogućnosti izrade plitke stabilizacije tla dodacima:
1) Rijanje prirodne površine tla sa dodavanjem sredstva za stabilizaciju. Nakon toga
ponovnim rijanjem meša se tlo sa dodatkom i konačno zbija valjanjem bez ili sa
vibriranjem,
zavisno od vrste tla. Na ovaj način mogu se stabilizovati samo relativno tanki, površinski
slojevi tla.
Dubine rijanja su, u zavisnosti od snage dozera i tvrdoće rijanog materijala, od 0,2 do 2
m, a obično se kreću od 0,5 do 1 m. Pri tome najmanja dubina rijanja treba biti za 20 do
30% veća od debljine sloja koji se skida dozerom ili drugom mašinom.

3
2
4

528/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
2) Drugi način je da se stabilizovana podloga pripremi van prostora ugradnje i
ugrađuje slično kao i zamenjujuće tlo, u slojevima uz valjanje, bez ili sa vibriranjem,
zavisno od vrste tla. Na taj način nastaje sloj projektovane debljine, projektovanih,
unapred zadatih svojstava.
Ove primene uključuju:
A. Primena na malim dubinama - plitko mešanje u slučaju poboljšanja podloge,
posteljice i osnovnog toka autoputeva i materijala nasipa
B. Stabilizacija dubokih naslaga tla - duboko mešanje tla kao što su meka tla i tresetna
tla.

Svrhe poboljšanja i primene plitkog mešanja, a time i očekivane funkcije stabilizovanog
tla, ne razlikuju se od onih dubokog mešanja, o čemu će biti reči u sledećem delu.
Međutim, kada je dubina poboljšanja manja od oko 3 m, nije efikasno koristiti običnu
mašinu za duboko mešanje. Za poboljšanje male dubine poželjni su jednostavniji alati za
mešanje poput mešanja kašikama (korpama), mešanja noževima i tsl. (sl.698-703). Ove
jednostavnije mašine prvobitno razvijene za plitko mešanje ponekad se koriste do dubine
od oko 10 do 13 m.

1.8.2.2. Poboljšanje tla sa dodacima - plitko mešanje tla (SCM) Shallow Soil Mixing
(SCM) (Shallow Soil Mixing Applicable to Various Site Conditions)
Kao što i samo ime govori, to je metoda poboljšanja tla do određene dubine od 7 do10 m.
SCM - površinsko kompaktno mešanje (Surface Compact Mixing, SCM) je jedna vrsta
mehaničke tehnologije mešanja tla na licu mesta sa vezivnim prahom ili smesom -
suspenzijom. SCM nudi dve različite opreme za mešanje, rotacionu mešalicu i mešanje
kašikom - korpom, koje se biraju zavisno od vrste tla, ciljeva poboljšanja i dubine.
Oprema za mešanje, pričvršćena na standardni bager zapremine od 0,7 m
3
do 1,0 m
3
,
može poboljšati meko tlo do dubine do 7-10 m. tj. prema operativnim mogućnostima
bušeće garniture, koja u principu obuhvata područje od 8 do 10 m
2
.
Jedinstveni mehanizam za mešanje pruža efikasno i isplativo poboljšanje kvaliteta.

Sl.697:- Šematski prikaz plitkog mešanja tla (SSM) i dubokog mešanja tla (DCM)

529/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.698:- Metode plitkog mešanja tla (Shallow soil mixing methods).Mass stabilisation where a large rotary
cultivator is used (Niska & Nyyssönen; courtesy of ALLU, Finland)

Za površinsko mešanje tla sa dodacima ima dosta savremenih sistema. Plitko suvo
mešanje nudi ekonomično rešenje za radove na poboljšanju ili sanaciji tla kada se radi o
značajnim količinama vrlo slabog tla ili kontaminiranog površinskog tla sa velikim
sadržajem vode, kao što su naslage prekopanog tla, vlažna organska tla ili otpadno blato.
U ovoj metodi koriste se specijalni alati za mešanje, koji se u najvećem broju slučajeva
fiksiraju za ruku bagera. Mešanje se odvija vertikalno ili horizontalno, uz pomoć alata za
mešanje koji liči na propeler sa mlaznicom za vezivno sredstvo u centru. Vezivno
sredstvo se ubrizgava iz odvojene jedinice koje sadrži rezervoar za vezivno sredstvo pod
pritiskom, kompresor, isušivač vazduha i jedinicu za kontrolu količine ubrizgavanja.
→ Rotofrezer (pulvimikser) (engl. pulverizing mixer) je građevinska mašina za usitnjavanje
zemljanih materijala. Koristi se još za mešanje tla ili kamenog filera sa nekim vezivom
kod izrade stabilizujućih slojeva. To je traktor sa gumama koji na zadnjem delu ima
poklopac od lima ispod kojeg se nalazi vratilo sa noževima koji rotiranjem režu i mešaju
tlo do dubine prodiranja. Često imaju i sklop za razastiranje i silos za vezivo
(stabilizacioni voz).

Sl.699:- Rotofrezer (pulvimikser) (engl. pulverizing mixer)

Kod mešanja “kašikom” koristi se hidraulični bager koji se sastoji od grane, kašike sa
lopaticama za mešanje i kabine na rotirajućoj platformi. U kašiku je
ugrađeno nekoliko noževa za mešanje koji se okreću vertikalno kako bi
se temeljno promešalo tlo i vezivo. Vezivo se u početku obično raširi
na površini tla, a zatim ga mašina pomeša sa tlom. Smeša veziva tla
može proći kroz rešetkaste ploče na zadnjoj strani kašike, tako da
mašina može mešati tlo i vezivo tokom radova iskopa.

Kod mešanja noževima greda opremljena lopaticama za mešanje pričvršćena je na krak
rovokopača umesto kašike. Dva kompleta lopatica za mešanje su instalisana na obe strane
grede. Snop prodire u tlo do dubine od oko 10 do 13 m, okrećući oštrice za mešanje
vertikalno.

530/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tokom prodiranja, vezna smesa ubrizgava se iz otvora u blizini
lopatica za mešanje i meša se sa tlom. Ovim postupkom izrađuje se
astabilizovano tlo pravougaonog, paralelopipednog oblika. Može se
konstruisati bilo koji oblik poboljšanog tla uzastopnom instalacijom
(Sl.708:- Tipični oblici (obrasci) dubokog mešanja tla (EuroSoilStab, 2002)).

Pri mešanju u rovovima (sl.700) koristi se vrsta motorne testere za
mešanje tla i veziva. Motorna testera reže i uznemirava tlo, tako da
se tla duž čitave dubine ravnomerno mešaju. Kaša veziva ubrizgava se sa donjeg kraja
motorne testere zajedno sa komprimovanim vazduhom za mešanje tla i veziva. Motorna
testera može se kretati vertikalno i horizontalno, što može stvoriti kontinuirani
stabilizovani zid tla i ploču. Mašina može stabilizovati tlo do dubine od oko 13 m u razne
svrhe, poput poboljšanja stabilnosti, konstrukcije nepropusnog zida i sprečavanja
sleganja.

Sl.700:- Tehnika plitkog mešanja tla - metoda rova: “motorna testere” za mešanje tla i veziva.

→ Mehanizam mešanja (Mixing mechanism)

Sl.701:-Rotaciona mešalica, točkovi za rezanje CSM mašine, tip mešanja kašikama (korpe),
spiralni mehanički mešači…

531/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Koncept (Concept)
Mešanja tla na licu mesta sa prahom - Metoda stabilizacije prahom

Mešanje tla na licu mesta sa suspenzijama (smesama)

Sl.702:- Stabilizacija mase upotrebom suvih veziva - praha za pojačanje posteljice i mešanje
suspenzije za sprečavanje sleganja tla:(a) uglavnom vertikalno mešanje; (b) vertikalno i horizontalno
mešanje.

Tabela 69 - Mehanizacija za mešanje tla i dubine mešanja za određene vrste tla

→ Primer ugradnje (Construction Example)

Sl. 703:- Mehanizacija kod metoda plitkog mešanja tla.

532/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Primena (Application)

Sl.704:- Tehnike plitkog mešanja - Primena (Application)
Zajedničko plitkom mešanju je da rukovaoc kontroliše vertikalno i horizontalno kretanje
alata za mešanje. Zato i stepen mešanja i ujednačeno dodavanje veziva u većoj meri zavise
od veštine operatera u poređenju sa dubokim ubacivanjem.

1.8.2.3. Metode dubokog mešanja - kratak uvod u duboko mešanje tla

→ Dubinsko mešanje tla sa dodacima (Deep Soil Mixing- DSM)

Metoda dubokog mešanja tla (Deep Mixing Method DMM) danas je jedna od najčešće
korišćenih i tehnološki najnaprednijih metoda za primene geotehničkog inženjeringa.
Sastoji se od in-situ tehnike obrade tla koja se zasniva na dezintegraciji i mešanju tla sa
vezivnim sredstvima kako bi se dobila jednolična i homogena struktura sa poboljšanim
mehaničkim i hidrauličnim svojstvima.

Metoda dubokog mešanja nastala je krajem 60-ih i početkom 70-ih godina gotovo
istovremeno u zemljama severne Evrope i u Japanu. Rastući zahtevi urbane strukture i
razvoja infrastrukture i rehabilitacije stvorili su vrlo aktivnu i brzo rastuću potražnju
tržišta širom sveta, a time i brz i kontinuiran razvoj znanja i inovacija tehnike. Danas je
DMM jedan od najatraktivnijih i najbrže rastućih specijalnih geotehničkih građevinskih
procesa na svetu (Bruce, D., Bruce, M. i DiMillio, A., 1998). Uspeh ove metode je zato što nudi
različita rešenja u širokom spektru primena; zahvaljujući svojoj svestranosti, predstavlja
alternativno, ekonomičnije (npr. Topolnicki i Pandrea, 2012.) i ekološki prihvatljivo rešenje s
obzirom na tradicionalne metode uključene u poboljšanje tla.

Glavne primene odnose se na izvođenje hidrauličnih odsečenih zidova, potpornih zidova
iskopa, poboljšanje tla, ublažavanje likvifakcije, ojačanje na licu mesta i temelje i sanaciju
okoline (Porbaha, 1998; Bruce, 2000).

Tokom godina ovako iskopani materijal postao je jedan od najvažnijih faktora koje treba
uzeti u obzir prilikom planiranja dubokog mešanja tla. Količina proizvedenog povratnog
toka obično je vrlo velika, a troškovi transporta, skladištenja i odlaganja postaju izuzetno
visoki i ponekad preveliki, posebno ako tretman uključuje kontaminirano tlo. Iz tog
razloga danas kompanije koje se bave izradom dubokih struktura za mešanje imaju za cilj
minimaliziranje ili čak uklanjanje iskopa.

533/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.705:- Jedna od klasifikacija metoda dubokog mešanja.

DSM proces je uveden 70-ih u Japanu i u skandinavskim zemljama. Od nekoliko decenija,
DSM je poznat kao tehnika poboljšanja tla GI (Ground Improvement - GI), Porbaha je
(1998. i 2000.) predložio terminologiju za DSM tehnologiju, tabela 70.

U skandinavskim zemljama, a posebno u Švedskoj, ova metoda se naziva krečno-cementi
stubovi (Lime Cement Column - LCC), dok se u Italiji metoda naziva Trevimix, a u Japanu
ista tehnologija naziva se suvo mlazno mešanje (DJM) (dry jet mixing DJM) (Bruce i sar.,
1996; Yasui i Yokozawa, 2005).

Tabela 70: Terminologija metoda dubokog mešanja, prema Porbahi (1998)

CCP:chemical churning pile - masa za hemijsko
usitnjavanje
CDM: cement deep mixing - duboko mešanje cementa
CMC:clay mixing consolidation method - metoda
konsolidacije
mešanja gline
DCCM:deep cement continuous method - kontinuirani metod
dubokog cementa
DCM: deep chemical mixing - duboko hemijsko mešanje
DJM: dry jet mixing - mešanje suvim mlazom
DLM: deep lime mixing - duboko mešanje krečom
DMM: deep mixing method - metoda dubokog mešanja
DSM: deep soil mixing - duboko mešanje tla
DeMIC: poboljšanje dubokog mešanja cementnim
stabilizatorom

Mešanje tla na licu mesta
JACSMAN: upravljanje mlazom i sistemom za usitnjavanje
Krečno-cementni stubovi
Kombinovane naslage - mase na mestu
RM: pravougaona metoda mešanja
Tlo - cementni stubovi
SMV: zid mešavine tla
SVING: širiti se u stanju VING metoda
SWING: WING metoda koja se može mazati

534/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 71 - Klasifikacija GI metoda koju je usvojio TC211, ranije TC 17 (Chu i dr., 2009)
Tehnika poboljšanja tla (GI), Ground Improvement (GI) technique

D.
Poboljšanje tla
pomoću dodataka
za injektiranje
D1. Injektiranje čestica
D1. Particulate grouting
Granulisano tlo ili šupljine ili pukotine u tlu ili steni injektiraju
se ubrizgavanjem cementa ili drugih čvrstih masa da bi se
povećala čvrstoća ili smanjila propusnost tla ili zemlje.
D2. Hemijsko injektiranje
D2. Chemical grouting
Rastvori dve ili više hemikalija reaguju u pore tla da bi stvorili
gel ili čvrsti talog ili povećali čvrstoću ili smanjili propustljivost
tla ili zemljišta.
D3.Metode mešanja
(uključujući
prethodno mešanje ili
duboko
mešanje)
D3. Mixing methods (including
premixing or deep mixing)
Slabo tlo tretirajte tako što ćete ga pomešati sa cementom,
krečom ili drugim vezivnim sredstvom na licu mesta pomoću
mašine za mešanje ili pre postavljanja.
D4. Mlazno injektiranje
D4. Jet grouting
Velike brzine ubacivanja injekcione mase na dubini narušavaju
tlo i ubrizgavaju injekcionu masu kako bi oblikovali stubove ili
ploče.
D5. Zbijanje injektiranjem
D5. Compaction grouting
Vrlo čvrsti malter nalik injekcionoj masi ubrizgava se u odvojena
područja tla i ostaje u homogenoj masi kako bi se zgusnulo
rastresito tlo ili podiglo ustaljeno - postojeće tlo.
D6. Kompenzaciono injektiranje
D6. Compensation grouting
Suspenzija čestica srednje do visoke viskoznosti ubrizgava se u
tlo između podzemnog iskopa i konstrukcije kako bi se negiralo
ili smanjilo sleganje strukture usled tekućeg iskopavanja.

Tokom protekle četiri decenije, izvođači su predložili razne postupke dubokog mešanja
kao svoje tehnike. Procesi mešanja klasifikovani su u tabeli 72 koja sledi sistem
klasifikacije koji su prvi usvojili Bruce i sar. (2000), ali je proširen tako da uključuje
dodatne sisteme dostupne u 2010.
Tabela 72-Klasifikacija procesa dubokog mešanja (Classification of deep mixing based on mixing
process)

- Prva kolona sa leve strane prikazuje način uvođenja veziva bilo (Wet - suspenzija veziva
i vode) ili Dry (suvi prah).
- Druga kolona prikazuje pogonski mehanizam alata za mešanje.
- Treća kolona prikazuje vrstu alata za mešanje i njegovo mesto.
Za ubrizgavanje pod visokim pritiskom kombinuju se druga i treća kolona.
- Četvrta kollona prikazuje naziv tehnika praćenih zemljom ili regionom koja je prvobitno
razvijena.
- Peta kolona prikazuje korene tehnika ili prvobitno razvijenih za duboko mešanje ili
modifikovanih sa dijafragmnim zidom ili sekačem rova.

535/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Osnovni koncept metoda dubokog mešanja tla je svrdlima, mešanje in situ tlo sa
sredstvom za očvršćavanje (cement, kreč, troska ili druga veziva) na dubinama, sl. 706.
Dubinsko mešanje može se postići mokrim (Wet Mixing) ili suvim (Dry Mixing)
postupkom. Mokra metoda koristi vezivo u obliku suspenzije - smese (kaše) kao što je
prikazano na slici 707(a), dok suva metoda koristi vezivo u obliku praha na slici 707(b).

Sl.706:- Duboko mešanje i injektiranje: (a) duboko mešanje, (b) injektiranje i (c) jet injektiranje.

Sl.707:-Različite vrste tehnika dubokog mešanja: (a) mokra metoda, (b) suva metoda, (c) rezanje tla,
(d) duboko mešanje u obliku slova T i (e) stvrdnuti-očvrsli DM stub.

Oprema za mokru metodu može imati jednu do osam rotacionih šupljih osovina sa reznim
alatima i noževima za mešanje iznad vrha. Smesa veziva unosi se u tlo kroz svaku šuplju
osovinu i izlazi iz mlaznice dok osovina prodire u tlo ili se povlači. Neka oprema ima
lopatice za mešanje koje se okreću u suprotnim smerovima (tj. dvostruko mešanje) kako
bi se poboljšala ujednačenost smese tla i veziva.

Oprema za suvu metodu može imati jednostruka ili dvostruka okretna vratila sa reznim
alatima i noževima za mešanje iznad vrha. Vezivni prah uvodi se u tlo kroz svaku šuplju
osovinu i mlaznicu pod pritiskom vazduha.
Nova DM tehnologija, takozvano mešanje tla rezanjem, kao što je prikazano na slici
707(c), ima rezne točkove koji razbijaju tlo i mešaju je sa cementnom smesom u
homogenu smesu tlo-cement. Ova tehnologija najpogodnija je za izgradnju odsečenih i
potpornih zidova.

Liu i sar. (2012) razvili su posebnu opremu koja ima sklopiva svrdla za postavljanje DM
stubova različitih prečnika, kao što je prikazano na slici 707(d). Obično DM stubovi imaju

536/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
veći prečnik pri vrhu i pravilan prečnik za ostatak stubova. Zbog oblika stubova poput
slova T nazivaju se DM stubovi u obliku slova T.

Duboko izmešani stubovi mogu očvrsnuti (ukrutiti) uključivanjem čvrstih elemenata (kao
što su betonski piloti, zavrteni piloti) u središtu stubova kako je prikazano na slici 707(e)
kako bi se povećali vertikalni i vodoravni nosivi kapaciteti i krutost DM stubova
(Jamsawang i sar., 2008; Bhandari i Han, 2009). Ova vrsta stubova naziva se i kompozitni stub.

Shen i dr. (2008) pokazali su da se čvrstoća okolne osetljive gline dubokim mešanjem
prvo smanjila, a zatim uglavnom vratila ili čak premašila svoju prvobitnu čvrstoću nakon
postavljanja stuba. Shen i dr. (2008) svojstvene promene kratkoročno pripisuju
poremećaju i lomljenju tla, a dugoročno tiksotropnom stvrdnjavanju, konsolidaciji i
difuziji jona iz sredstva za očvršćavanje.

Pogodnost
Duboko mešanje uglavnom se koristi za poboljšanje mekih kohezivnih tla, ali ponekad se
koristi za smanjenje propusnosti i ublažavanje likvefakcije bez kohezionih tla.
Tabela 73 - pokazuje povoljna svojstva tla za duboko mešanje.
Dubinsko mešanje postaje teško ako je tlo vrlo kruto, vrlo gusto i sadrži gromade ili druge
prepreke. Tipično, duboko mešanje zahteva neograničen pristup lokaciji i vazdušni
prostor zbog velike opreme koja se koristi u većini projekata.
Tabela 73-Povoljna svojstva tla za duboko mešanje ( Favorable Soil Properties for Deep Mixing)

a
Određuje se gubitkom pri paljenju nakon pepela tokom 1 sata na 800
∘
C. Izvor: Elias i dr. (2006).

a
Determined by loss on ignition after ashing for 1 h at 800
∘
C.Source: Elias et al. (2006).
Metoda dubokog mešanja uključuje stabilizaciju tla na velikoj dubini. Dubinsko mešanje
može dostići dubinu do 70 m u radu na moru i 30 m za kopnene operacije. To je in situ
tehnologija modifikacije tla u kojoj se mokro ili suvo vezivo ubrizgava u tlo i meša sa in
situ mekim tlima (glina, treset ili organska tla) mehaničkim ili rotacionim alatom za
mešanje (Porbaha i sar, 2005; EuroSoilStab, 2002). Zavisno od primene, mogu se izraditi
sledeći oblici (sl.708), pojedinačni uzorci, blok uzorci, obrasci panela ili stabilizovani
uzorak mreže (EuroSoilStab,2002). Imajući na umu da je cilj proizvesti stabilizovanu masu
tla koja može doći u interakciju sa prirodnim tlom, a ne, proizvesti previše kruto
stabilizovanu masu tla poput krute mase koja može nezavisno provesti projektno
opterećenje. Zato povećana čvrstoća i krutost stabilizovanog tla ne bi trebali sprečiti
efikasnu interakciju i raspodelu opterećenja između stabilizovanog i prirodnog tla
(EuroSoilStab,2002).Zbog toga opterećenje trebalo bi rasporediti i provesti delimično
prirodnim tlom, a delom stabilizovanom masom tla (stub).
Svojstvo/Property
Povoljna hemija tla
Favorable Soil Chemistry
pH
Trebalo bi biti veće od 5
Should be greater than 5
Prirodni sadržaj vode
Natural water content
Trebalo bi biti manje od 200% (suva metoda)
i manje od 60% (mokra metoda)
Should be less than 200% (dry method)
and less than 60% (wet method)
Organski sadržaj
Organic content
Trebalo bi biti manje od 6% (mokra metoda)
Should be less than 6% (wet method)
Gubitak pri paljenju
Loss on ignition
Treba biti manji od 10%
Should be less than 10%
Sadržaj humusa
a

Humus contenta
Treba biti manji od 1,0%
Should be less than 1.0%
Električna provodljivost
Electrical conductivity
Trebao bi biti veći od 0,04 mS / mm
Should be greater than 0.04 mS/mm

537/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.708:- Tipični oblici (obrasci) dubokog mešanja tla (EuroSoilStab, 2002)

→ In-situ metode stabilizacije

Iz zakonodavne perspektive, tema „mešanje tla“ razmatrana je u evropskom standard
EN 14679 (2005), gde je „postupak mešanja“ definisan kao „svaki postupak koji
uključuje mehaničku razgradnju strukture tla, disperziju veziva i punila u tlu". EN 14679
(2005) pruža kontrolnu listu za informacije potrebne za izvršenje posla, geotehnička
ispitivanja itd. (Larsson, 2005).

Prvo poređenje koje omogućava razgraničenje „metode dubokog mešanja“ između svih
procesa mešanja je ono sa metodom plitke stabilizacije tla: zapravo, EN 14679 (2005)
opisuje metodu dubokog mešanja kao „obradu tla na minimalnu dubinu od 3 metra",
koja uključuje platforme opremljene „rotirajućim mehaničkim alatima za mešanje, pri
čemu se bočna podrška koja se pruža okolnom tlu ne uklanja". Tradicionalno plitka
stabilizacija tla povezana je sa plitkom podlogom kod npr. putnih konstrukcija, dok je
duboko mešanje povezano sa poboljšanjem celog ležišta tla (Larsson, 2005).

Duboko mešanje je mehanička tehnika mešanja gde se vezivo ubrizgava u tlo pod
relativno malim pritiskom; lopatice za mešanje opremljene vertikalnim osovinama za
mešanje raščlanjuju tlo i nasilno ga mešaju sa vezivom. Zahvaljujući hemijskim
reakcijama između tla i stabilizatora, tretirano tlo ili napunjena masa koja rezultira
uglavnom ima veću čvrstoću, nižu kompresibilnost i manju propusnost od in situ tla, iako
će tačna dobijena svojstva odražavati karakteristike izvornog tla, tehnika konstrukcije i
nekoliko izabranih promenljivih (Bruce, Bruce i DiMillio, 1998; Iang et al. 1998).

Potreba za katalogizacijom rodila se brzim razvojem tehnike dubokog mešanja u
poslednjim decenijama zbog pojave različitih metoda zasnovanih na novim tehnološkim
rešenjima.
Pojedinačni stub
Blok
Zid
Rešetka

538/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U današnje vreme, čak i ako ne postoje standardizovane klasifikacije za duboko mešanje,
nekoliko autora predložilo je različite sisteme klasifikacije zasnovane na različitim
promenljivim. Najvažniji je onaj koji razmatra različite oblike veziva. To posebno znači
da postoje dva osnovna načina za ubacivanje veziva u rastrešeno tlo: postupak vlažnog
mešanja i postupak suvog mešanja (sl.709a).

Još jednu zanimljivu klasifikaciju napravili su Porbaha i sar. (1998) u vezi sa različitim
mogućim primenama metoda dubokog mešanja na zemljanim inženjerskim radovima
(sl.709b).

Sl.709:- Opšta klasifikacija metoda dubokog mešanja (General classification of deep mixing methods),a
i klasifikacija različitih primena tehnologije dubokog mešanja, b (Porbaha i sar.,1998).

Dakle, postoje dve metode:
1. Tlo se meša sa suspenzijom koja sadrži vezivno sredstvo (vlažna metoda). Primenjuje
se za meku glinu, prašinu i finozrni pesak sa manjim sadržajem vode i
2. Tlo se meša sa suvim vezivnim sredstvima (suva metoda). Primenjuje se za meka tla
sa visokim sadržajem vode.

539/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.2.3.1. Metode dubokog mešanja tla - mokro mešanje (Wet Mixing)

Glavna karakteristika mokrog postupka mešanja je da se vezivno sredstvo ubrizgava u tlo
kroz suspenziju vode i veziva. To je najčešća tehnika koja se koristi širom sveta,
zahvaljujući mogućnosti prilagođavanja mnogim različitim kombinacijama promenljivih
koje karakterišu gradilište. Iz tog razloga, izvođači radova dubokog mešanja razvijaju
mnoštvo tehnika dubokog mešanja, a samim tim i mašine kako bi zadovoljili zahteve
poboljšanja svake specifične primene.
Sl.710:- Process of deep soil Mixing - Exposed DSM columns for a bridge support

Generalno, oprema koja se koristi za projekat dubokog mešanja sastoji se od Deep mixing
(DM) mašine i veziva. Mašina je napravljena od alata za mešanje i dizalice na gusenicama
sa vođicom koje imaju različite veličine i karakteristike u zavisnosti od osnovnog nosača,
maksimalnu dubinu stabilizacije itd. Alat za mešanje napravljen je od seta osovina za
mešanje okačenih duž vođice. Na vrhu vratila ugrađeni su motor i menjač. Oblik i broj
noževa za mešanje razvijeni su kako bi se osigurao najveći mogući stepen mešanja; ove
lopatice imaju različite osobine, u zavisnosti od dobavljača.

Sl.711:- Delovi alata za mokro mešanje koji pokazuju ubrizgavanje suspenzije - kaše u tlo
(Parts of wet mixing tool showing injection of slurry into the soil (Porbaha et al, 2005))

540/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Današnja tehnologija omogućuje dodavanje veziva i mešanje sa tlom u dubokim
slojevima. Na slici 712 prikazan je način izođenja ovakvog poboljšanja tla. Pribor se vrti
i rastresa tlo do potrebne dubine. Zatim se kroz središnju cev pod pritiskom ubacuje vezno
sredstvo, pribor ubrzano rotira i meša tlo i vezivo, a istovremeno se pribor programirano
podiže.

Sl.712:- Stabilizacija dubokih slojeva tla dodacima- šema mešanja tla i veziva u dubini

Sl.713:- Oprema za mokro mešanje za rad na kopnu (Kitazume and Terashi; 2013).
Vezivna smesa se u osovine isporučuje pumpnom jedinicom koja isporučuje vezivnu
suspenziju iz postrojenja za mešanje (Kitazume i Terashi; 2013), sl.713.

Veziva koja se najčešće koriste u mokrim postupcima mešanja su cement i kreč.

Metoda dubokog mešanja prvi put je razvijena u Japanu 70-ih kao tehnika mokrog
mešanja nazvana duboko mešanje cementom (Cement Deep Mixing - CDM) i raširena po
celom svetu u narednim godinama.
Danas su razvijene razne radne mašine za ovu upotrebu širom sveta, u zavisnosti od
regiona.

U Evropi se postavljanje mokrih stubova mešanih sa tlom može izvoditi pomoću jednog
ili više letećih puževa (sl.714a) ili vertikalnih osovina opremljenih lopaticama, u
zavisnosti od stanja tla i inženjerskih primena. U Japanu se mokro mešanje pretežno
koristi za morske konstrukcije i melioraciju, iako je nekoliko vrsta mešalnih uređaja
dostupno za kopnene projekte (sl.714b).

541/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.714:-Tehnologije mokrog mešanja:(a) mešano na mestu;(b)standardni CDM;(c)inovativno rešenje
CSM.

Alati za mešanje obično su opremljeni fiksnim "anti-rotacionim lopaticama" kako bi se
sprečilo okretanje mešanog materijala na pogonskim lopaticama i osovini.

Zbog likvefakcionog stanja stabilizovanog tla odmah nakon obrade mogu se ugraditi
čelične šipke, čelični kavezi i čelične grede za dobijanje ojačanih konstrukcija zida tla.

Iako je to najčešća i najjeftinija primena, stubna obrada nije jedina obrada koja se može
izvesti ovom metodom; mogu se proizvesti i drugi elementi različitog oblika: kada je
opterećenje izvedeno od nadgradnje veliko ili postoje visoki problemi sa deformacijama,
preporučeni elementi temelja su tip bloka i zid; za ublažavanje likvefakcije često se
provodi mrežna obrada (sl.708 i sl.715).

Sl.715:- Mogući geometrijski oblici (obrasci) dubokog mešanja tla
(Possible geometries of the treated mass).

Nova dostignuća stalno se predlažu na polju primene
dubokog mešanja; slede neki primeri.

→ Metoda Colmiks (Colmix method), koju je razvio Bachi krajem 1980-ih, uključuje
mešanje tla sa vodenim ili suvim vezivom pomoću spiralnog alata. Vezivo se ubrizgava
dok alat prodire u tlo. Mešanje i zbijanje se odvijaju kada se alat povuče.
→Trevimiks metoda razvijena je u Italiji početkom 1980-ih i koristi suva i mokra veziva.

→ CSM paneli - inovativno rešenje za pravougaone mešane panele je mešanje tla
sekačem - rezanjem (Cutter Soil Mixing CSM) (Fiorotto i sar.,2005). Za razliku od
tradicionalnih vlažnih DMM-ova, CSM metoda koristi dva seta reznih točkova koji se
rotiraju oko horizontalne ose i pokreću hidrauličnim motorima smeštenim u
vodonepropusnoj kutiji sastavljenoj na robusnoj Keli (Kelly) šipci (sl.714c) ili na žičano
ovešanom alatu za rezanje (Bellato, 2013).
Izvođenje pravougaonih ploča od mešavine tla može se lako izvesti uz pomoć sistema za
mešanje tla (Cutter Soil Mixing - CSM), koji je nedavno razvio Bauer Maschinen GmbH.
CSM se zasniva na principu tehnike rezanja rovova. Uglavnom se koristi za izgradnju
odsečenih zidova, potpornih konstrukcija i poboljšanje tla. Kako je izveden iz Bauer
Cutter tehnologije, sistem proširuje primenjivost mešanja tla na mnogo tvrđe slojeve. Dok
se uvodi samootvrdnjavajuća smesa voda/vezivo (w/b), formacije tla lako se prodiru,
razgrađuju i mešaju sa w/b smesom, koristeći rezačke točkove kao alat za rezanje i
mešanje. Kao što je prikazano na slici 716, dva rezna točka rotiraju se nezavisno oko

542/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
vodoravne ose i režu tlo. Istovremeno, smesa vode i veziva ubrizgava se pod niskim
pritiskom (obično < 5 bar) sa odnosom w/b odabranim u zavisnosti od projektne snage i
propusnosti. Ubrizgana količina veziva uglavnom iznosi 200 i 400 kg veziva/m³.
Ponavljanje povrata plena obično se kreće između 0% i 30%. CSM sistem je u funkciji
od 2003. godine i komercijalno je dostupan.

Sl.716:- Točkovi - noževi za rezanje CSM mašine (The cutting wheels of the CSM machine)

→ Metoda rova -Trenchmix method - drugi primer predstavlja TRD (metoda dubokog
rezanja rovova za zidove - Trench cutting Remixing Deep wall method), stvara barijeru
od mešavine tla u jednom kontinuiranom prolazu, što je prednost, posebno u slučaju
funkcije zadržavanja vode (bez spojeva). Metoda rova koristi rezni alati - motornu tester,
osiguravajući kontinuitet mešanog zida, kao što je prikazano na slici 717 za mešanje
rovova. Može biti i suva i mokra metoda. Slika 717 prikazuje suvu TRD (metoda dubokog
rezanja rovova za zidove)
Uprkos ovoj prednosti, upotreba TRD tehnike neizbežno je ograničena na primene koje
zahtevaju ograničene dubine - do dubine od 10 m (Larsson, 2005).

Sl.717:- FMI i TRD - Metoda rova - suva metoda Trenchmix method (Massarsch i Topolnicki,2005;Hayward Baker
Inc., Borel,2007)

Sl. 718:- Mehanički sistem Keller za mešanje do 4 m dubine
CSM Sequence of Work

543/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.8.2.3.2. Metode dubokog mešanja tla - suvo mešanje (Dry Mixing)

Metoda suvog mešanja (Dry mixing - DM) čista je, tiha sa vrlo niskim vibracijama i ne
stvara oštećenja prilikom odstranjivanja tla pri utiskivanju alata za suvo mešanje (Hayward
Baker Inc).
Dve glavne tehnike suve metode su japanska - suvo mlazno mešanje DJM (dry jet mixing
DJM) i nordijska suva metoda.
Standardna DJM mašina je dvostruka osovina i brzina prodiranja/povlačenja i brzina
rotacije prilično su sporije od nordijske mašine sa jednim vratilom. DJM se široko koristi
u Japanu, a nordijska suva metoda koristi se uglavnom u nordijskim zemljama, ali u
manjoj meri i u drugim delovima sveta. Čini se da i japanske i nordijske suve metode nisu
doživele značajne promene tokom poslednje dve do tri decenije.

Sl. 719:-Stabilizacija mase upotrebom suvih veziva: (a) uglavnom vertikalno mešanje;
(b) vertikalno i horizontalno mešanje.
Tipična Dry mixing DM mašina sastoji se od instalacione mašine montirane na gusenice
i motora za bušenje. Vezivo se kroz crevo dovodi u komprimovani vazduh u osovinu za
mešanje do izlaza iz osovine za mešanje u tlu.

Sl.720:-Bauerovo mešanje tla rezačem Sl.721:-FMI i TRD Mašina za rovove za izgradnju dubokih zidova
(Fiorotto i sar, 2005)

Sl.722:- Nordijski "standardni" alat za suvo mešanje,1 i modifikovani alat za suvo mešanje, 2.
(Nordic dry mixing “standard” tool,1 et Nordic modified dry mixing tool,2 (Larsson, 2005))

Metoda dubokog suvog mešanja karakteriše drugačiji način ubacivanja veziva u
rastrešeno (poremećeno) tlo: cement ili kreč u prahu ubrizgava se u suvom stanju pomoću
komprimovanog vazduha. Postrojenje za mešanje koje ima silos za vezivo, hranilice za
vezivo i rezervoar sa kompresovanim vazduhom postavljeno je na lokaciji kako bi se
vezivo snabdevalo na DJM mašini (Kitazume i Terashi; 2013), slika 723.
1 2

544/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl:723:- Oprema za suvo mlazno mešanje DJM (Equipment for DJM (dry jet mixing) (Kitazume and Terashi; 2013).

Tehnika je prvi put razvijena u skandinavskim zemljama sedamdesetih godina
prošlog veka i uglavnom se koristila za povećanje čvrstoće i smanjenje stišljivosti vrlo
mekih glinovitih tla, za koje je razvijen poseban alat za mešanje kako bi se dobili visoki
proizvodni kapaciteti.
Prvobitno je postavljen na jednu osovinu za mešanje, ali je u daljem razvoju, na primer u
japanskoj tehnici, dizajniran kao alat sa dvostrukom osovinom. Razvijeni su najnoviji
alati proučavanje optimalnog načina ubrizgavanja i homogenizacije praha u tlo i
poboljšanje sakupljanja vazduha nakon obrade kako bi se što više smanjilo pomeranje tla
izazvano ovim mlazom vazduha; iz tog razloga, glavni razvoj uključio je položaj rupa za
odliv smeše veziva i vazduha. Nedavno je predstavljen novi alat za mešanje gde je vezivo
ugrađeno od kraja noževa za mešanje prema osovini za mešanje (Takeda i Hioki, 2005).
Još jedna nova slična tehnika, nazvana Metoda dvosmernog suvog mešanja, rođena je
poslednjih godina: modifikacija mašine za bušenje umetanjem posebnih prenosnih
uređaja i opreme (Ksie i sar. 2012) dovela je do bolje homogenosti sa posledičnim
povećanjem u nosivosti mešovitog tla (Shenghua i sar. 2011; Ksie i sar. 2012). Primeri
trenutnih alata prikazani su na slici 724.

(a) (b) (c) (e)
Sl.724:- Alati za suvo mešanje: (a) nordijski „standardni“ alat; (b) nordijsko suvo mešanje
„Pinnborr“; (c) DDM standard; (e) mehanika svrdla.
Ova tehnika može proizvesti samo stubaste (kolonaste) elemente.
Važno je uzeti u obzir da, pošto se u vezivo ne dodaje voda, meko tlo treba da ima prirodni
sadržaj vode od najmanje 20% kako bi se osigurala reakcija hidratacije (Shenghua i sar.,
2012); ponekad se, kada se ovaj metod koristi za tretiranje relativno suvog i tvrdog tla,
dodaje se voda odvojeno kada se umeće alat za mešanje kako bi se olakšao prodor i imala
bolja razgradnja tla (Larsson, 2005).
U svakom slučaju, ova metoda je pokazala vrlo ograničen napredak tokom decenija u
poređenju sa mokrom metodom.

545/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Suve i mokre metode mešanja zasnivaju se na sličnim projektima mešavine i proizvode
temeljne elemente koji se koriste za isti cilj; u svakom slučaju, predloženo je nekoliko
poređenja zasnovanih na glavnim karakteristikama koje karakterišu obradu tla kako bi se
procenile dve tehnike i njihovo najbolje polje primenljivosti. Diskusija o inženjerskim
karakteristikama, poput postignute čvrstoće, pokazala je da su veće vrednosti postignute
u mokrim mešanim stubovima (kolonama) nego u suvim mešanim stubovima (Navin i
Filz, 2005); Sa druge strane, Shenghua i sar. (2011) videli su bolji efekat tretmana DJM
na meke morske gline od tradicionalne mokre metode dubokog mešanja cementa; štaviše,
pokazano je da su stubovi (kolone) izrađene suvim mešanjem imale veću smičuću
čvrstoću od onih proizvedenih mokrom metodom (Larsson i Kosche, 2005). Ubrizgavanje
vazduha može predstavljati veliki problem u konačnom postizanju čvrstoće u tretmanima
suvog mešanja zbog složenog i manje efikasnog postupka disperzije veziva i zbog
mogućeg stvaranja rupa u kraterima uzrokovanih lošom evakuacijom vazduha u nekim
problematičnim tlima (Larsson, 2005). Massarsch (2005) je otkrio da hidraulička
provodljivost suve mešavine stubova bila je veća od propusnosti okolnog tla, dok je
upotreba mokre metode dala suprotne rezultate.
Druga poređenja mogu se izvršiti sa ekološke tačke gledišta: metoda suvog mešanja
ustvari proizvodi nižu buku i manje vibracije u okolini i na obližnjim strukturama, gotovo
bez stvaranja iskopanog materijala od tehnike mokrog mešanja (Shenghua et al. 2012;
Iang i sar. 1998). Suva metoda takođe predstavlja neke ekonomske prednosti zbog
jednostavnosti tehnike: manje ubrizgavanja veziva, odlaganja iskopa, lakšeg mešanja
biljaka i pripreme mesta itd., ali ima mnoga ograničenja o primenljivosti tehnike uopšte,
kao što je mogućnost obrade samo ograničenog raspona tla (meka tla sa visokim
sadržajem vode) i male dubine obrade (maksimalno 15 do 18 metara) zbog prevelike
geostatike i pritiska vode (Lang i sar.,1999)- Suva metoda → Prečnik stuba 60‐80 cm,
dubina do 25 m.

Sl.725:- Sistem svrdlanih stubova, otkopana tela stabilizovanog tla
NIJE PREPORUČLJIVO OVU TEHNOLOGIJU IZVODITI KAO ZAMENU ZA PILOTE (STUBOVE)
Međutim, pre nego što se odabere najbolja metoda za određeni projekt, treba provesti
pažljivu analizu prednosti i nedostataka i posebna ispitivanja na terenu.

1.8.2.3.3. Postupci izrade

Znanje o različitim građevinskim postupcima vezanim za različite tehnike vrlo je važno
kako bi se odabralo koja je najpogodnija za postizanje cilja građenja i planiranje radnog
rasporeda.
Pre svega, kako bi se razumelo kako tehnika deluje sa dotičnim tlom, vrlo je važno
provesti neka preliminarna ispitivanja, posebno:
- Laboratorijska ispitivanja, da bi se konkretno razumela interakcija između tla i veziva,
njihova mešljivost i, shodno tome, ponašanje tretiranog tla u pogledu čvrstoće i
propustljivosti;

546/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Ispitivanja na terenu, unapred ili pored (u blizini) gradilišta, kako bi se potvrdilo
nesmetano izvođenje tretmana; prate se svi karakteristični parametri mašine (poput
količine ubrizganog veziva, brzine rotacije noževa za mešanje, brzine prodiranja i
povlačenja osovine za mešanje, zahtevane električne i hidrauličke snage) da bi se
razumelo kada se postigne novi sloj tla kako bi se oni prilagodili shodno tome i njegovim
novim karakteristikama.
Da li je planiran postupak tretmana-obrade i sa njim povezani testovi, takođe je vrlo važno
znati tačno kako funkcioniše svaki postupak dubokog mešanja.

→ Postupak mokrog mešanja, sl.726
Nakon postavljanja mašine u pravi položaj, alat za mešanje prodire u tlo dok rotira
osovinu za mešanje. U zavisnosti od redosleda ubrizgavanja veziva mogu se odrediti dva
osnovna postupka:
- ubrizgavanje veziva samo tokom povlačenja osovine za mešanje;
- ubrizgavanje veziva tokom prodiranja i povlačenja osovine za mešanje;
Tokom prodora, lopatice za mešanje se rotiraju da bi se razdvojile i uznemirile tlo kako
bi smanjile njegovu čvrstoću; na taj način, alati za mešanje lako prodiru uglavnom svojom
težinom; u prvom slučaju, u fazi spuštanja, ubrizgavanje vode pomaže lopaticama za
mešanje da rastresu tlo, a kasnije, u fazi povlačenja, rotacija lopatica za mešanje se
preokrene i veziva suspenzija se ubrizga i ponovo pomeša sa tlom.

Sl.726:- Postupak ugradnje dubokog mokrog mešanja.
U drugom slučaju, procenat vezne smese direktno se ubrizgava tokom faze prodiranja, a
preostala količina tokom povlačenja. Kada alat dositigne završni sloj (obično čvrsti sloj
na kojem je zasnovan čitav temelj), ostaje u tom položaju ili se pomera gore-dole jedan
metar tokom nekoliko minuta, nastavljajući ubrizgavanje i mešanje, sa ciljem da stvori
optimalan kontakt konstrukcije sa osnovnim slojem.

Protok suspenzije i brzina prodiranja i povlačenja održavaju se konstantnim kako bi se
osiguralo da se svaki sloj pomeša sa predviđenom količinom suspenzije. To je moguće
stalnom kontrolom pritiska pumpanja (Kitazume i Terashi; 2013).

547/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Mešavina tla i cementa (mokra metoda) sa jednim i trostrukim pužem (svrdlom)
Stub cementnog tla (SCC)

Sl. 727:- Mešavina tla i cementa (mokra metoda) sa jednim i trostrukim svrdlom (pužem)

→ Postupak suvog mešanja, sl.728.

Postupak je u osnovi vrlo sličan mokroj metodi. Istaknuta je mala razlika u
identifikovanju tri metode ubrizgavanja stabilizatora:
- ubrizgavanje veziva samo tokom povlačenja osovine za mešanje;
- ubrizgavanje veziva samo tokom prodiranja kroz osovinu za mešanje;
- ubrizgavanje veziva tokom prodiranja i povlačenja osovine za mešanje;

Od ovih metoda, ona koja daje najveću efikasnost mešanja je druga kada se celo vezivo
ubrizga tokom prodiranja. To je zato što se celokupna količina meša sve vreme dok alat
ostaje u obrađenom tlu, a zahvaljujući tome postiže se bolja homogenost i posledično
veća čvrstoća. Nedostatak je taj što se, ako se primeni velika količina veziva, viskoznost

548/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
tla znatno povećava, što posledično smanjuje efikasnost mešanja (Haiashi i Nishikava,
1999). U svakom slučaju, najčešći i manje rizičan postupak je prvi: ubrizgavanje veziva
tokom faze povlačenja, dok se penetraciono injektiranje bira kada treba tretirati vrlo
osetljiva meka tla: ona mogu povremeno da izazovu poteškoće u izduvavanju vazduha.
Dalje, vezivo se dodaje tokom početne smeše, ali se oprema za mešanje spusta do kraja i
vraća nazad jedan do tri puta kako bi se postigla najbolja ujednačenost smese. (Liu i
Hriciv, 2003).

Operativni mehanizam opreme za mešanje ostaje uglavnom identičan mokrom postupku,
čak i ako je količina ubrizganog reagensa manja (Iang i sar. 1998), a parametri mašine su
malo drugačiji.
→ Suva metoda: → Prečnik stuba 60‐80 cm, dubina do 25 m.
Sl.728:- Postupak ugradnje dubokog suvog mešanja.

Ubrizgavanje vazduha je karakteristika koju treba pažljivo nadgledati: minimalni
potreban vazdušni pritisak jednak je zbiru pritiska vode u tlu i pritiska ubrizgavanja na
izlazu; to znači da se mora povećavati sa dubinom, ali pažljivo, jer prekoračenje
određene količine može prouzrokovati propulziju tla u blizini osovine za mešanje,
stvarajući velike praznine u stabilizovanim stubovima.

Da bi se razumelo da li svojstva izgrađenih konstrukcija odgovaraju projektnim
zahtevima projekta, treba izvršiti program „Kontrola kvaliteta/osiguranje kvaliteta“.

Kontrola kvaliteta sastoji se u praćenju:
- Kvalitet veziva u odnosu na odnos vode i cementa u gustini u vezivu pre i tokom
tretmana;
- Geometrijski raspored stuba/zida tokom izrade; to je moguće zahvaljujući indikacijama
datim sa senzora mašine;
- Svi ostali parametri mašine poput količine ubrizganog veziva, brzine rotacije, brzine
osovine itd., kako bi svaki tretirani sloj dobio propisane karakteristike.

Obično se svi ovi parametri neprekidno nadgledaju tokom procesa pomoću senzora i
mernih instrumenata postavljenih na mašinu, automatizovanih i kontrolisanih
računarskim sistemima; na taj način mogu se lako podesiti i prilagoditi u realnom
vremenu.
Potrebni odnosi zamene i zgušnjavanja kontrolišu se pažljivim praćenjem dubine
injekcione mase u tlu. Podaci o parametrima bušenja i injektiranja pruža efikasan alat za

549/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
kontrolu kvaliteta. Zbijanje injektiranjem klasično se koristi za zgušnjavanje rastresitog
peska za ublažavanje likvefakcije iz sledećih razloga:
- Zbijanje injektiranjem povećava relativnu gustinu peskovitog tla;
- Zbijanje injektiranjem povećava se horizontalni koeficijent pritiska tla u mirovanju K0;
- Zbijanje injektiranjem indukuje starenje tla deformacijom smicanja male amplitude.

Sl.729:-Praćenje rada mašine i zadatih parametara tokom procesa pomoću senzora i mernih
instrumenata

Dakle, zbijanje injektiranjem koristi se za stabilizaciju i poboljšanje kompresibilnih tla,
uključujući i ublažavanje likvefakcije. Nije potrebno poboljšati celu dužinu stubova-
kolona. Može se postići selektivni tretman ograničen na kompresibilne slojeve. Tehnika
je bez vibracija, ne stvara očigledna oštećenja površinskih slojeva i zato se može izvoditi
u neposrednoj blizini osetljivih struktura - objekata. Stubovi za zbijanje injekcionih masa
takođe se mogu koristiti kao vertikalni elementi ojačanja slični tvrdim inkluzijama.

Sl. 730:- Zbijanje injektiranjem nije potrebno poboljšati celu dužinu stubova

→ Stepen mešanja i homogenost DSM materijala
Trenutno je na tržištu dostupan širok spektar različitih mašina i alata za duboko mešanje
na licu mesta. Kao što je objavljeno u Topolnicki i Pandrea (2012), tehnologija mešanja
mora da obezbedi da se tlo dovoljno pomeša sa vezivom da bi se dobio homogeni
proizvod sa malim koeficijentom varijacije njegove čvrstoće. Kontrola kvaliteta mešanja
može se izvršiti s obzirom na „broj rotacije sečiva“, kao što je uvedeno u CDIT (2002).

„Broj rotacije sečiva“ je važan parametar: on nije mehanička promenljiva, već broj koji
opisuje očekivani kvalitet završenog elementa.

Tokom godina, potreba za potvrđivanjem postignutog kvaliteta mešanja pokazala se kroz
različite indekse, ali često sa ograničenjima u primenljivosti i velikim aproksimacijama.
Broj rotacije sečiva ili „indikator stepena mešanja“ koji je formulisao Ioshizava (1996),
međutim, prevazilazi različita ograničenja i čini se da je najbolji parametar za kontrolu
kvaliteta tokom proizvodnje. Sada su to nabrojani u Japanu i evropskim standardima (EN

550/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
14679, 2005) o tretmanima metodama dubokog mešanja kao zajednički faktor za procenu
efikasnosti obrade.

Nekoliko autora je predložilo tipične brojeve koji se koriste i treba koristiti na
gradilištima, (Tabela 74). Metoda mokrog mešanja i metoda suvog mešanja predstavljaju
malo drugačije vrednosti.
Tabela 74 - Preporučeni proizvodni parametri za duboko mešanje (Kitazume i Terashi; 2013,
EuroSoilStab, 2002; Horpibulsuk i sar., 2012; Haiashi i Nishikava, 1999).

Broj rotacije sečiva, B, predstavlja ukupan broj rotacija lopatice za mešanje tokom 1
metra kretanja osovine nakon ubrizgavanja stabilizatora u tlo (Ioshizava i sar., 1996;
Porbaha i sar., 2001) i može biti definisano:

&#3627408437;=∑&#3627408475;
&#3627408437;(
&#3627408449;
&#3627408465;
&#3627408457;
&#3627408465;
+
&#3627408449;
&#3627408482;
&#3627408457;
&#3627408482;
) (1)
gde je:
- B je „broj rotacije sečiva- lopatice“ izmeren u (1/m);
- ΣnB je ukupan broj noževa - lopatica za mešanje;
- Nd brzina rotacije lopatica tokom prodiranja (o/min),
- Nu brzina rotacije lopatica tokom povlačenja (o/min)
- Vd brzina prodiranja lopatice za mešanje (m/min),
- Vu brzina povlačenja lopatice za mešanje (m/min).

B procenjuje stepen mešanja. Daje ukupan broj prolaza mešajućih noževa tokom 1 m
kretanja osovine (CDIT, 2002). Visoka vrednost B smanjuje koeficijent varijacije
čvrstoće DSM. Prema Topolnicki i Pandrea (2012), minimalno potreban B zavisi od tipa
tla. Za kohezivna i finozrna tla (rastresiti pesak i gline) treba postići oko 400 (1/m) da bi
se koeficijent varijacije čvrstoće zadržao u prihvatljivim granicama. U nekohezivnim i
grubim tlima mogu biti dovoljne nešto niže vrednosti.

Kako je BRN uveden za tehniku zemljano-cementne stubova, Bellato i sar. (2012)
predlažu ekvivalentni faktor za ocenu stepena mešanja DSM materijala izvedenog CSM
tehnologijom: „Parametar kvaliteta mešanja“, μ, koji predstavlja procenu homogenosti
postignute u CSM panelu i uzima u obzir efekat stvarnih uslova tla. Prema Bellato i sar.
(2012), μ (1/m) može se definisati kao:

&#3627409217;=[(??????
&#3627408517;∙&#3627408505;
&#3627408517;,&#3627408522;∙&#3627408507;
&#3627408517;,&#3627408522;)+(&#3627408505;
&#3627408534;,&#3627408522;∙&#3627408507;
&#3627408534;,&#3627408522;)]
&#3627408501;&#3627408516;∙&#3627408500;
&#3627409359;&#3627409358;&#3627409358;&#3627408509;&#3627408516;
(2)
gde su:
- Rd,i i Ru,i prosečna brzina rotacije točkova za mešanje tokom prodiranja, odnosno
povlačenja.

551/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
- Td,i i Tu,i su ukupno vreme potrebno za mešanje tla tokom donjeg i gornjeg udara.
- Nc je broj točkova za mešanje (2 za CSM mašinu).
- M je broj elementa za mešanje po točku i
- Vc zapremina koju zauzima sekač.

Sve količine sa indeksom „i“ odnose se na jedan i
ti
sloj predefinisane debljine. φd naziva
se fazni faktor i uzima u obzir različitu ulogu izvršnog postupka usvojenog za realizaciju
panela, tj. jedno fazni (φd = 1) ili dvofazni sistem (φd = 0,5).

Zaista, kao što je objašnjeno u Gerressen i Vohs (2012), dubinsko mešanje sa CSM može
se izvoditi u jednofaznom postupku mešanja (za primene manje od 15 m duboko u
relativno mekom tlu) ili dvofaznim sistemom (kod mešanja dubljih ploča ili kod
prodiranja teško - sporo - za mešanje tla ili stena). U jednofaznom postupku, konačni
proizvod smeše sastoji se od cementa i vode (i moguće bentonita), koji se ubrizgava i na
donji hod i na gornji hod mašine. U dvofaznom postupku koristi se samo bentonit na
donjem potezu (hodu). Kada se postigne konačna dubina, smesa voda/vezivo se uvodi i
meša na višem koraku. Ova metoda sprečava da alat za mešanje ostane zaglavljen u ploči
(panelu) ako vreme izrade ploče - panela premašuje početno podešeno vreme smese
voda/vezivo.

Tehnologija mešanja mora biti sigurna da se tlo dovoljno meša sa vezivom da bi se dobio
homogeni proizvod. U tu svrhu kontrola kvaliteta mešanja može se izvršiti pomoću
„broja rotacije sečiva - lopatica “ (jednačina 1) za zemljano-cementne stubove ili uz
pomoć „parametra kvaliteta mešanja“ (jednačina 2) za CSM panele. Predlaže se
postupak za procenu UCS na 28 dana očvršćavanja s obzirom na količinu ubrizganog
cementa, fini sadržaj- udeo finoće (FC), parametar kvaliteta mešanja (μ) i po potrebi
uticaje pH. Učinak vremena očvršćavanja na razvoj UCS-a može se razmotriti uz pomoć
jednačina (3) i (4).

&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;(&#3627408533;)=&#3627409207;
&#3627408516;&#3627408516;(&#3627408533;)&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;
&#3627409360;&#3627409366; &#3627408517;??????&#3627408538;&#3627408532; (&#3627408517;??????&#3627408527;??????) (3)

&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;(&#3627408533;)=
&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;
&#3627409360;&#3627409366; &#3627408517;??????&#3627408538;&#3627408532; (&#3627408517;??????&#3627408527;??????)∙&#3627408533;
&#3627408533;+??????
&#3627409359;∙&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;
&#3627409360;&#3627409366; &#3627408517;??????&#3627408538;&#3627408532; (&#3627408517;??????&#3627408527;??????)
+
∆&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;
∞∙&#3627408533;
&#3627408533;+??????
&#3627409360;∙∆&#3627408508;&#3627408490;&#3627408506;
∞
(4)

552/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.9. Poboljšanje tla metodom primene eksploziva - (mikrominiranja)

Ovo je još jedna od metoda poboljšanja (ojačanja) tla koja se sve više koristi za
površinsko i dubinsko zbijanje rastresitih, nekoherentnih tla, najčešće rastresitih peskova
sklonih likvefakciji kao i za zbijanje mekih sitnozrnih tla kao npr. mulj i treset. U
zasićenim rastresitim zrnastim tlima primena tehnologije mikrominiranja garantuje vrlo
efikasno i homogeno zgušnjavanje koje ispunjava sigurnosne zahteve za važne građevine
poput nuklearnih elektrana ili brana.

Tehnologija mikrominiranja koristi se za poboljšanje tla kod svake vrste objekata ali
najčešće kod građevinskih i hidrotehničkih objekata. Visoka energija eksplozije koristi se
za modifikaciju okolnog tla.

Sl.731:- Šema nekih metoda poboljšanja tla - miniranje, elektroosmoza, zbijanje injektiranjem…

Ova metoda daje dobre rezultate u saturiranim, čistim pescima. Uspešnost metode zavisi
od sposobnosti dinamičkih talasa da slome početnu strukturu tla, i izazovu likvefakciju i
preraspodelu u gušću strukturu. Iz toga sledi, da su veća punjenja potrebna ukoliko se
postupak provodi u boljim pescima (veće početne relativne gusitne) ili je potrebno postići
zbijanje do većih dubina.

Maksimalna dubina do koje se ova metoda može primeniti nije poznata, a zadovoljavajući
rezultati postizani su i na dubinama većim od 30 m. Sleganje na površini terena dobija se
praktično odmah nakon miniranja, ali zapaženo je da se promene svojstava (merene
penetracionim opitima) zapažaju tek nakon određenog vremena (nekoliko nedelja), što se
objašnjava očvršćavanjem materijala (aging, healing) i postizanjem stabilnog stanja u
novom složaju čestica (strukturi). Ukoliko se postupak ponavlja nekoliko puta, u svakom
narednom koraku sleganja su sve manja nego u prethodnom koraku.

Eksplozivi se mogu primeniti na površini terena ili češće u bušotinama, čime se postiže
lom u rastresitim materijalima i njihovo preslaganje u gušće (zbijenije) strukture. Zbijanje
tla upotrebom eksploziva često predstavlja brzo i isplativo rešenje.

553/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Bitno je napomenuti, da se mnogo lošiji rezultati postižu ukoliko je deo pora tla ispunjen
vazduhom, jer dolazi do prigušenja pritisaka od P-talasa. Osim toga, metoda nije
primenjiva za prvih nekoliko metara pri površini terena. Često se dešava da nakon
početnog zgušnjavanja radne sredine sledi rastresanje.

U nehomogenim materijalima, zone materijala dobrih osobina mogu izgubiti poželjna
svojstva koja su prethodno imala, ali ukoliko se na većem području postiže prosečno
poboljšanje svojstava, onda je i to prihvatljivo.

Postojali su pokušaji primene ove metode sa površine terena, gde rezultati nisu bili
zadovoljavajući zbog gubitka energije i nedostatka uklještenja.

Tehnika hidrominiranja uspešno se primenjuje za zbijanje lesnih naslaga. Postupak je
pokazan na slici 733, a provodi se tako da se po obodu najpre napravi jarak širine 0,2 -
0,4 m i dubine od nekoliko metara. Zatim se kroz bušotine razmaknute nekoliko metara
utiskuje voda nekoliko dana tj. dok vlažnost tla ne postane veća od granice tečenja. nakon
toga se izvodi miniranje.

Učinak miniranja na površini sličan je dinamičkoj stabilizaciji sa površine. Prema
postojećim podacima, energija generisana eksplozijom 1kg eksploziva (TNT-a) odgovara
energiji udarca malja - nabijača (tampera) od 5 tona koji slobodno padne sa visine od 100
metara.

Sl.732:- Ekvivalentra energija kilograma eksploziva
Mikrominiranje može se primeniti pod vodom - koje je savršeno za lučka područja,
priobalne vetroparkove, obnovljena ostrva, lukobrane itd.

Sl.733:- Tehnologija mikrominiranja- tehnika hidrominiranja
Takođe se koristi za poboljšanje tla ispod nasipa puteva i kolovoza aerodroma. U
zasićenim rastresitim zrnastim tlima primena tehnologije mikrominiranja garantuje vrlo
efikasno i homogeno zgušnjavanje koje ispunjava sigurnosne zahteve za važne građevine
poput nuklearnih elektrana ili brana.

554/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.734:- Tehnologija mikrominiranja- učinak miniranja na površini - stabilizacija sa površine

Metoda je poznata dugi niz godina. Korišćena je u Rusiji sredinom 20. veka za zamenu
lošeg, površinskog sloja tla, naročito treseta, pri gradnji saobraćajnica. Postupak se sastoji
u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv, a zatim se prostor prekrije
određenom količinom šljunka tako da nakon eksplozije šljunak potone u novonastali
prostor.
Tokom vremena ova tehnika zamene tla i poboljšanja temeljnog tla se usavršila. Danas
se na tržištu mogu naći izvođači specijalizovani za ove vrste radova (WEB 16).

Sl.735:- Zamena tla miniranjem na trasi buduće saobraćajnice

Tehnologija je usavršena tako da se danas izvodi na više načina. Miniranje se koristi za
pobuđivanje potresnih talasa unutar mase tla, koji izazivaju flotaciju čestica. Koristi se za
površinsko i dubinsko zbijanje rastresitih, nekoherentnih tla, najčešće rastresitih peskova
sklonih likvefakciji kao i za zbijanje mekih sitnozrnih tla kao na primer mulj i treset.
Učinak je prikazan na slici 736.

Dakle, tehnologija je usavršena tako da se danas koristi u dva osnovna pravca: miniranje
sa površine i miniranje u bušotini.

Sl.736:-Raspored čestica u tlu. Levo pre miniranja; desno posle miniranja

Jednu od novijih tehnika, mikrominiranja, moguće je primeniti pri visokom niviou
podzemne vode kao i na površini tla (dnu) ispod vode, kako je prikazano na slici 737.

555/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.737:- Učinak mikrominiranja na površini tla i ispod površine vode
Osim sa površine, zbijanje je moguće provoditi i u dubini, u bušotini. Pažljivo odabranom
količinom eksploziva mogu se postići različiti učinci zbijanja, koji odgovaraju konkretnoj
lokaciji, vrsti tla i zahtevima buduće građevine koja će na lokaciji biti temeljena. Na slici
738 prikazani su mogući načini miniranja u bušotini.

Sl.738:- Mogući načini punjenja pri mikro miniranju u bušotini: a - koncentrisano (tačkasto),
b - razdeljeno (sekciono), c - dužinsko (izduženo)
U koherentnim tlima nije moguće izazvati flotaciju i pomeranje čestica. Mikro miniranje
može se koristiti za izradu peščanih drenova. Za to je potrebno površinu, na kojoj se
izvodi poboljšanje tla, prekriti nasipom od peska proverene granulacije da zadovolji
filtersko pravilo. U trenutku miniranja pesak puni nastali prostor u koherentnom tlu i
oblikuje uspravan dren koji uslovljava radijalno dreniranje. Šema izvođenja prikazana je
na slici 739.

Sl.739:- Izvedba peščanih drenova u koherentnom tlu tehnikom mikro miniranja

Na slici 740 prikazan je učinak mikro miniranja između gotovih uspravnih drenova u
usmerenju toka vode ka drenovima. Ubrzanje toka vode ka drenovima vrši se
naizmeničnom izradom drenova i eksplozijom između njih.

556/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.740:- Ubrzanje toka vode ka drenovima naizmeničnom izradom drenova
Rezultati mikro miniranja vidljivi na površini, prikazani su na slici 741.

Sl.741:- Površina nasipa peska posle miniranja koherentnog sloja tla
Vrste tla za poboljšanje mikrominiranjem:
• zasićena rastresita zrnasta tla (takođe u moru)
• meka sitnozrna tla (treseti, blato)
U tehnologiji mikrominiranja energija se dobija iz malih eksplozivnih punjenja koja se
ugrađuju pod tlom ili na površinu tla. Masa punjenja i njihov raspored pažljivo su
projektovana za date terenske uslove kako bi se udovoljilo očekivanim zahtevima.
Vrste eksplozivnog zbijanja prikazane su na slikama 742, 743 i 744.

Sl.742:- Zbijanje tla eksplozivom sa površinskim punjenjem

Sl:743:- Zbijanje tla eksplozivom sa dubinskim (podzemnim-skrivenim) punjenjem

UČINAK MINIRANJA NA POVRŠINIUČINAK MINIRANJA NA POVRŠINI

557/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
U slučaju zbijanja podvodnih naslaga tla eksplozivom, punjenja se postavljaju blizu dna.

Sl.744:-Zbijanje tla eksplozivom - podvodnim
eksplozivnim punjenjem

1.9.1. Teorijska analiza

U većini slučajeva priprema mera za poboljšanje tla vrši se empirijski, na osnovu rezultata
probnih eksplozija i terenskih ispitivanja, beležeći početno i uzastopno stanje u tlu pre i
posle eksplozivnog opterećenja tla.

Smatra se da je zrnasti skelet kompresibilan dok se ne postigne potpuno zasićenje
tečnosti.

Na osnovu teorijskih rezultata može se odrediti prostorna zona tla pod uticajem
eksplozije. Međutim, proračun efekata zbijanja koji se očekuju u zrnastom skeletu zbog
eksplozivnog opterećenja i dalje ostaje nerešen naučni problem.

Sl.745:- Teorijski model širenja udarnog talasa eksplozije

Na slici 745 prikazan je teorijski model širenja udarnog talasa indukovan zidom šupljine
koja se širi pod visokim pritiskom. U trenutku eksplozije, jak udarni talas suočava se sa
površinom eksplozivnog punjenja i širi se u punom prostoru brzinom širenja c(t).
Prostorna koordinata zida šupljine data je funkcijom r0(t), prostorna koordinata fronta
udarnog talasa funkcijom r0(t). Zbog nagle kompresije gasne faze na frontu udarnog
talasa, pretpostavlja se da se gustina tla menja od početne gustine p0 do krajnje gustine p1
i da ostaje konstantna tokom daljeg procesa širenja talasa. Na frontu udarnog talasa brzina
i pritisak u tlu takođe se naglo menjaju od početnih vrednosti v0 i p0 do sledećih vrednosti
v1, odnosno p1. Na određenoj prostornoj koordinati r1,max, pretpostavlja se da širenje fronta
udarnog talasa prestaje da postoji. U to vreme, šupljina gasnih eksplozivnih proizvoda
koja se širi dostići će prostornu koordinatu r0,max.
Analitički problem širenja udarnog talasa pod uvedenim pojednostavljenim
pretpostavkama dovodi do uobičajene diferencijalne jednačine:

&#3627408479;
0
∙∙∗
+&#3627408441;
∗
(&#3627408479;
0
∗
,&#3627409149;,&#3627408483;); &#3627408479;
0
∙∗2
=&#3627408452;
∗
(&#3627408479;
0
∗
,&#3627408477;
0
∗
,&#3627408446;
&#3627408466;
,&#3627409149;,&#3627408483; (1)

558/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
kojka opisuje zavisnost bezdimenzionalne prostorne koordinate zida bušotine gasnih
proizvoda eksplozije r0*(t*) od bezdimenzionalnog vremena t*. Tačka postavljena preko
simbola označava derivate (izvode) vremena. Bezdimenzionalne funkcije uticaja F* i Q*
u jednačini (1) zavise osim od bezdimenzionalnog prostora koordinata zida eksplozivne
šupljine r0*, od početnog zapreminskog udela gasne faze u tlu p, i izentropni eksponent
gasnih eksplozivnih proizvoda K
e
, bezdimenzionalni početni pritisak u tlu p0* i na faktor
simetrije v, poprimajući različite oblike za ravansku, cilindričnu i sfernu simetriju
eksplozivnog punjenja.
Masa punjenja, poluprečnik efektivnog delovanja punjenja, debljina zbijenog sloja, visina
iznad dna na kojoj treba aktivirati punjenje i radijus odvoda peska može se odrediti. Ove
formule su zasnovane na iskustvu.
→ Za površinsku eksploziju

Sl.746:- Poluprečnik efektivnog delovanja punjenja za površinske eksplozije

Poluprečnik Res (m) efektivnog delovanja punjenja

&#3627408505;
&#3627408518;&#3627408532;=(&#3627409358;,&#3627409363;÷&#3627409358;,&#3627409364;)&#3627408524;
&#3627409359;&#3627409361;√&#3627408504;
&#3627409361;
; &#3627408524;
&#3627409359;&#3627409361;=&#3627409360;,&#3627409363;−&#3627409360;,&#3627409358; (&#3627408444;&#3627408483;&#3627408462;&#3627408475;&#3627408476;&#3627408483;,1983)

gde je Q (kg) masa koncentrisanog punjenja.

Debljina hzs (m) zbijenog sloja
&#3627408521;
&#3627408539;&#3627408532;=&#3627409359;,&#3627409360;&#3627408524;
&#3627409359;&#3627409361;√&#3627408504;
&#3627409361;

Zbijanje tla površinskim eksplozijama manje je efikasno od korišćenja podvodnih ili
podzemnih (dubinskih - skrivenih) eksplozija.

→ Za podvodne eksplozije

Masa Q (kg) koncentrisanog punjenja, gde je H (m) dubina vode.

&#3627408504;=&#3627409358;,&#3627409359;??????
&#3627409360;,&#3627409362;&#3627409364;

Poluprečnik Re (m) efektivnog efektivnog delovanja punjenja

Debljina zbijenog sloja hz (m)
&#3627408505;
&#3627408518;=&#3627408524;
&#3627409359;√&#3627408504;
&#3627409361;
; &#3627408472;
1=2,5−3,0
&#3627408521;
&#3627408539;=&#3627408524;
&#3627409360;√&#3627408504; ; &#3627408472;
2=4,5−5,0

Visina ∆h (m) iznad dna na kojoj treba napustiti punjenje

∆&#3627408521;=&#3627408524;
&#3627409361;(√&#3627408504;
&#3627409361;
)
&#3627409359;,&#3627409367;&#3627409363;
; k3=0,35h

559/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.747:- Poluprečnik efikasnog delovanja
punjenja za podvodne eksplozije

→ Za podzemne (dubinske- skrivene) eksplozije i koncentrisana punjenja

Tačkasto minsko punjenje (Point blasting charge)

Sekciono minsko punjenje (Sectional blasting charge)

Masa Q1 (kg) koncentrisanog punjenja
Q1 = 0,055h
3

gde je h (m) dubina koncentrisanog punjenja
ispod površine tla.

Poluprečnik Re1 (m) efektivnog delovanja
punjenja

&#3627408505;
&#3627408518;&#3627409359;=&#3627408524;
&#3627409362;√&#3627408504;
&#3627409359;
&#3627409361;
, k4=2,5 3,0

Sl.748:- Radijus efektivnog delovanja punjenja za
tačkasto i sekciono punjenje

→ Za dubinske (podzemne) eksplozije i izdužena punjenja

- Izduženo minsko punjenje (Elongated blasting charge)

Poluprečnik Re2 (m) efektivnog delovanja punjenja
&#3627408505;
&#3627408518;&#3627409360;=&#3627409358;,&#3627409365;&#3627409359;&#3627408524;
&#3627409363;√&#3627408504;
&#3627409360; ; k5 = 2,53,0

gde je Q2 jedinična dužina mase minskog punjenja (u
kg/m).

- Radijus Rp, (m) odvoda peska

Radijus Rp, (m) odvoda peska

&#3627408505;
&#3627408529;=&#3627408524;
&#3627408529;√&#3627408504;
&#3627409360;, kp = 0,200,35

Radijus Rep(m) efikasnog delovanja punjenja za izduženo
minsko punjenje u kohezivnim tlima (Dembicki E., Zadroga B.,
21)
&#3627408505;
&#3627408518;&#3627408529;=&#3627408524;
&#3627409364;√&#3627408504;,(&#3627408474;), k6 = 3,54,5

Sl.749:- Radijus efikasnog delovanja punjenja za izduženo minsko punjenje

560/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Zbijanje pomoću eksploziva:
- U seriju bušotina ubacuje se eksploziv,
- Aktivacijom eksploziva izaziva se likvefakcija i zbijanje rastresitog materijala talasima
i vibracijama.
Procedura:
• bušenje
• punjenje bušotina eksplozivom
• zapunjavanje bušotina
• detoniranje po određenom rasporedu paljenja

Sl.750:- Šema poboljšanja slabog tla primenom tehnologije mikrominiranja: a - postavljanje minskog
punjenja, b - eksplozija i stvaranje kaverne - pukotina, c - dotok granuluisanog materijala u kavernu, d
- formiranje peščanog stuba i kratera- udubljenja kao posledica sleganja tla na površini terena.

Primena:
• zasićeni “čisti” peskovi
Iskustveni podaci:
Obično je potrebno metodu ispitati na probnim poljima prie primene, jer nema opšte
prihvaćenog teorijskog modela. Neka ranija istraživanja daju opšta upustva:
• potrebno punjenje: 1-12 kg,
• dubina paljenja: > ¼ dubine do dna sloja koji se zbija (uobičajeno je ½ -¾ dubine)
• razmak bušotina: 5-15 m,
• broj uzastopnih postupaka: 1-5 (uobičajeno 2-3) u razmaku od nekoliko sati ili dana,
• ukupne količine eksploziva: 8-150 g/m
3
(uobičajeno 10-30 g/m
3
),
• sleganje na površini terena: 2-10% debljine sloja.

→ Opis ojačanja podloge primenom tehnologije mikrominiranja (mikroblastinga)

Dinamično jačanje podloge pomoću tehnologije mikroblastiranja uključuje oblikovanje
stubova, sl.750, izrađenih od nekohezivnog tla, ubrzavajući proces konsolidacije slabih
organskih tla (treset, mulj, sapropel) ili slabih kohezivnih tla, kao i zbijanje rastresitih
nekohezivna tla.

561/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.10. Elektrokinetička stabilizacija (EK) - Elektrohemijsko očvršćavanje tla
(Poboljšanje sitnozrnog materijala bez dodavanja aditiva)

U svim tlima a posebno u glinovitom tlu znatnu količinu vode čini vezana voda, tj. voda
koja se javlja u vidu vodenih filmova- membrana koje obuhvataju čestice granularnog
skeleta tla. Ove membrane od vode predstavljaju sredinu u kojoj se ispoljavaju različiti
elektrohemijski procesi. Ovi procesi izazivaju starenje glina (dijagenezu) i povećanje
njene gustine tokom vremena pod uticajem pritisaka slojeva koji se nalaze iznad njih.
Vremenom one dobijaju osobine slične osobinama stenske mase.

Proces dijageneze i stabilizacije može se ubrzati veštačkim putem ako se kroz takvo tlo
propusti električna struja i dodaju mu se hemijska sredstva potrebna za njihovo
očvršćavanje. Pri propuštanju struje konstantnog toka kroz glinovito tlo u njemu dolazi
do migracije vlage pema negativnom polu - katodi. Ova pojava poznata je kao
elektroosmoza.

Postoje razne metode i postupci stabilizacije i poboljšanja tla. U novije vreme za
elektrohemijsko očvršćavanje primenjuje se i metoda elektrokinetičke stabilizacije (EK).

Primena elektrokinetičke (EK) stabilizacije jedna je od novijih inovativnih metoda za
poboljšanje geotehničkih svojstava širokog spektra problematičnih tla. Krajem 1930-ih
predstavljena je perspektivna EK tehnika koja se postepeno razvijala i razmatrala za
velike terenske primene. Do sada je bilo nekoliko teorijskih simulacija i postulacija
dostupnih od njegovih početaka, zajedno sa nekoliko laboratorijskih eksperimenata sa
skalama, terenskim istraživanjima i nekoliko terenskih aplikacija, uglavnom na mekim,
morskim i ekspanzivnim tlima. Još uvek (do sada) postoji velika praznina u znanju o
nekoliko složenih elektrokinetičkih pojava, fizičkohemijskim i elektrohemijskim
efektima u tlu tokom primene EK. Postoji nesigurnost u potrebnoj energiji, efikasnosti
vremena, prikladnosti elektroda i elektrolita, implikacije troškova među varijantama, zato
se ova tehnika smatra krajnjim rešenjem za velike praktične primene i njene
elektrohemijske pojave, važne varijante primene, ograničenja i predložene preporuke za
EK kao potencijalno rešenje za različita problematična tla.

Sl.751:- Šema elektrokinetičke stabilizacije (EK) šematski prikaz svih četiriju navedenih postupaka EK

562/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Elektrohemijsko očvršćavanje terena sastoji se u uvođenju jednosmerne električne
struje u teren. Primenjuje se isključivo kod glinovitih, muljevitih i ređe peskovitih
sedimenata. Pri tome u njima nastaju promene slične onima koje nastaju prirodnim
procesima kroz dugo geološko vreme, a ogledaju se uglavnom u smanjenju plastičnosti i
povećanju otpornosti na smicanje.
→ Faktori koji utiču na elektrokinetičku stabilizaciju tla

Sledeći faktori utiču na efikasnost elektrokinetičkog poboljšanja tla:
1. Vrsta tla i mineralnih sastojaka - pogodniji je za glinovito, ilitične i bentonit gline.
2. Sadržaj vode - tla sa pH vrednost veću od 9 nalaze se aktivni prema ovom postupku.
3. Izvori energije (struje)- veća struja i više ponavljanja, stalno snabdevanje moći će
osigurati sistem sa konstantnom brzinom izrade u smislu kontinuiranog poboljšanja EK.
4. Vrsta elektroda - najpoželjniji su grafitne elektrode. Korišćenje metala utvrđeno je da
je efikasnije u odnosu na ugljenu. Metali poput železa ili bakra takođe se mogu koristiti.
5. Vreme obrade - tretmana zavisi od vrednosti napona, vreme migracije čestica, razmak
elektroda, kao i celi konfiguracije sistema.
6. Troškovi - ekonomičnost metode zavisi od toga u kojoj je meri zagađeno tlo. Celi
sistem i raspored u elektrokinetičkom sistemu zavisi od svojstava tla, kao i njegove
porne vode, teksture i drugih faktora kao što su proces projektovanja, pripreme, troškovi
materijala itd.

→ Primena elektrokinetičke stabilizacije tla

Elektrokinetička stabilizacija tla može biti korišćena za sledeće metode poboljšanja tla:
- Konsolidacija
- Povećanje stabilnosti nestabilnih nasipa i iskopavanja
- Stabilizacija kosina (padina)
- Jačanje nasipa
- Obrada tla dodacima
- Disperzivna obrada tla
- Ubrizgavanje mase za injektiranje
- Uklanjanje vode iz iskopa tla
- Dekontaminacija tla i podzemnih voda
→ Prednosti elektrokinetičke stabilizacije tla

Elektrokinetička stabilizacija tla ima određene prednosti u odnosu na druge
konvencionalne metode obrade tla, kao što su:
- Utvrđeno je da je jeftinija u smislu isplativosti
- Instalacija celog sistema EK ojačanja može biti brza
- U uslovima primene mogu biti in-situ i ex-situ
- Jednostavnost u radu od početka do kraja
- Nema zagađenja, buke kao i celi tretman tih i nedestruktivan
- Upotreba kao jeftinijih grafitnih elektroda, vlakna ugljenika ili aktivnog uglja umesto
korišćenja veoma skupih elektroda poput titana
- Korišćenje šupljih elektroda olakšavaju kretanje rešenja kroz povećanje EK proces
- Minimiziranje toksičnih uticaja na tlo.

563/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.10.1. Principi elektrokinetičkih pojava

EK je poznata kao elektrohemijska, elektro-sanacija, elektro-rekultivacija, elektro-
poboljšanje ili metoda elektro-obrade sa širokom primenom i odgovorna za promene u
tlu. Definisana je kao fizičkohemijski ili elektrohemijski transport naelektrisanih tečnosti,
jona, molekula, čestica veličine nanometra, rastvorene supstance ili čvrste supstance u
poroznim tlima pod uticajem električnog polja (Alshawabkeh 2001). Ona je novonastala
tehnika koja koristi jednosmernu struju (DC) ili nizak električni potencijal putem
elektroda smeštenih u tlo za sanaciju organske ili neorganske metalne čestice slabo
propusne, sitnoznog tla ili da promeni njegovu mineralogiju, poboljša svojstva (Acar i
Alshawabkeh 1993).
→ Elektrokinetičke reakcije
Ova tehnika definiše transport naelektrisanih vrsta kroz mrežu čestica tla, a to uključuje
neke složene EK mehanizme kao što su elektroliza, elektroosmoza, elektromigracija,
elektroforeza, potencijal strujanja i potencijal sedimentacije (Mitchell i Soga 2005).

Sl.752:- Modifikovani šematski dijagram različitih elektrohemijskih procesa tehnikom EK tretmana

1.10.1.1. Elektroliza

Ovo predstavlja oksidoredukcijske hemijske reakcije (redoks - redox) pripisane
električnom polju koje generiše H2 i OH na katodi (redukcija) i O2 i H+ na anodi
(oksidacija) kao što je prikazano:
Anoda: 2H2O - 4e- O2 + 4H+ Eo = -1.229 anoda
Katoda: 2H2O + 2e- H2 + 2OH- Eo = -0.828 katoda

Oksidoredukcija (redoks) reakcija je proizvela kiseline i bazne vrste na mestima anode i
katode. Kisele vrste se kreći brže od svoje baze, zbog veće pokretljivosti H+ i OH-. Kisele
vrste dominiraju hemijom celog uzorka, osim vrsta blizu katode (Mitchell 1993). Slika
752 prikazuje složene interne fenomene EK koji se dešavaju tokom tretmana EK, a slika
753.

Sl. 753:- Ilustracija redoks (redox) reakcije

564/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.10.1.2. Elektroosmoza

Elektroosmoza je još jedna od tehnika kojom se može uspešno odvoditi voda iz tla i
prouzrokovati prethodno sleganje. Elektroosmoza je jedna od elektrokinetičkih pojava i
sastoji se od kretanja tečnosti kroz mikroporozni medij pod uticajem primenjenog
električnog polja. Uključuje transport vode kroz kontinuiranu mrežu čestica tla, pri čemu
se kretanje prvenstveno stvara u difuznom dvoslojnom sloju ili filmu vlage u kojem
dominiraju katjoni. Glavni mehanizam u elektro osmozi je migracija jona, što znači da
katjoni prelaze na katodu a anjoni se kreću prema anodi. U tlo se ugrade elektrode, čelične
cevi - “igla filteri” (tačkasti bunari - Wellpoints) povezane sa pozitivnim polom
generatora i sa opremom za crpenje vode. Igla filteri spajaju se sa negativnim polom -
katodom.

U sitnozrnim tlima u kojima se stvori električno polje, voda će se kretati prema katodi.
Odvonenje vode iz tla u blizini katode uzrokuje konsolidaciju tla, te kao posledicu toga
povećanje čvrstoće i smanjenje stišljivosti. Metoda se može nadograditi injektiranjem tla
određenim aditivima. Takođe, hemijske reakcije u blizini elektroda mogu prouzrokovati
dodatno povećanje čvrstoće. Ova metoda može se, prema tome, svrstati kako u
hidraulične, tako i u fizičko-hemijske metode poboljšanja.

Prvi pozitivan efekat ovog procesa je pojava filtracionih sila u određenom smeru, a drugi
je delimično uklanjanje vode iz tla. Ako se obezbedi dreniranje odvijaće se i process
konsolidacije.

Elektroosmoza koristi se kao tehnički postupak za konsolidaciju i ojačanje mekog
glinovitog vodom zasićenog tla.

Sl.754:- Elektrokinetički proces remedijacije tla - Electroosmosis in soil (Jones et al., 2011 Elsevier).

Metodu je patentirao Leo Casagrande još 1935. godine u Nemačkoj. Ali, još ranije Reuss
(1809, Rusija) je primetio kretanje vode kroz tlo pod uticajem električnog polja. Njegov

565/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
opit prikazan je na slici 755-1. Opit se satojao od dve staklene cevčice utisnute u glinu.
Stvaranjem električnog potencijala u glini, primećeno je kretanje vode prema katodi, gde
se nivo vode podigao u cevčici. Objašnjenjenje ove pojave nalazi se u elektrohemijskoj
prirodi površine čestica tla i porne vode, a teoretske osnove u teoriji dvostrukog sloja
(sl.755-2).

Sl.755:- Šematski prikaz Reusovog opita,1 i 2 i profila elektroosmotskog protoka u
polielektrolitegraftiranom nanokanalu. PEL jonima prikazan je u zelenom aksijalnom električnom
polju E - električni dvostruki sloj (a) i hidratacija katjona (b).
Elektroosmoza uključuje protok porne tečnosti kroz neprekidni medijum tla, koji preko
kapilarnog dejstva električnog polja prelazi preko mikroskopskog sloja na katodu (Shang
i sar. 2004). U ovom se slučaju koristi fenomen elektroosmoze. Dolazi do pomeranja
vode od “plus” do “minus”. Efikasan je za odvodnjavanje tla. Elektroosmoza se koristi i
kao trajni sistem odvodnje temelja.
Metoda se obično koristi za rešavaje sledećih problema:
1. Povećanje čvrstoće senzitivnih glina pre iskopa,
2. Poboljšanje temeljnog tla ispod brana i
3. Piloti - poboljšanje nosivosti plašta.
Metoda se uspešno primenjuje ukoliko su zadovoljeni
sledeći uslovi:
1. Saturirana prašina ili prašinasta glina,
2. Normalno konsolidovano tlo i
3. Mala koncentracija elektrolita (soli).

Sl. 756:- Promena otpora prodiranja šiljka usled elektroosmoze.

Na slici 757 prikazani su rezultati edometarskog
opita na dva uzorka tla od kojih je prvi u
prirodnom stanju, dok je drug bio podvrgnut
elektro-osmozi tokom 40 sati. Uočava se
povećanje čvrstoće i opterećenja prethodne
konsolidacije kao posledice elektroosmoze.

Sl.757:-Uticaj elektroosmoze na konsolidacione karakteristike tla.

1
2 0
0
20
1
2
40 60
3
80
Dubina (m)
Otpor(kN)
Anoda (+)
Katoda (-)
Bez
elektro-osmoze

566/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Prostorni raspored katode (-) i anode (+) može biti na razne načine (pravougaono,
kvadratno, a najbolje heksagonalno (sl.758). Elktrode obično imaju dužinu 12-15 m,
rastojanje između elektroda kreće se od 0,8 do 1,0 m, a rastojanje između redova je 2-5
m. U procesu očvršćavanja u tlo se dodaju hemijska sredstva, prvenstveno kalcijum
hlorid.

Sl.758:- Prostorni raspored elektroda (a) pravougaoni (b) kvadratni (c) heksagonalni

Elektrode obično su dužine od 2 - 15 m, a ugrađuju se sa razmakom unutar redova od oko
1 m, razmakom između redova anoda i katoda od 2 - 5 m. Prema nekim istraživanjima
najbolji rezultati dobijaju se uz korišćenje heksagonalnog rasporeda elektroda.

→Princip elektroosmotskog odvodnjavanje tla i potpovršinskih slojeva.

Princip rada ove metode shematski je prikazan na sl.759.
Perforirana cev, oko koje se može, ali ne mora, staviti
zasip radi lakšeg i boljeg akumuliranja tečnosti i njenog
transporta na površinu tla, spoji se na minus-pol izvora
istosmerne struje i time postaje katoda, a anoda je metalni
štap. Zbog električnog polja između elektroda voda se
kreće u tlu u smeru katode, a iz sektora katode izvlači se
pumpom kroz perforirane cevi.

Sl.759:- Princip elektroosmotskog odvodnjavanja
Kako se apsorbije voda na površini čestica gline? How is water absorbed on the surface of a clay
particle?

Sl.760:- Apsorbcije vode na površini čestica gline

→ Princip elektroosmotskog injektiranja

Elektroosmotsko injektiranje modifikacija je elektroosmotskog odvodnjavanja tla pri
kojoj se osmozom uvode u tlo rastvori supstanci koje hemijski reaguju sa tlom ili između
sebe. Takve materije su vodeno staklo, fosforna kiselina, natrijum-karbonat, kalcijum-
hlorid, bakar (II)-sulfat i sl. Princip rada ove metode šematski je prikazan na sl.761.

567/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Ulogu anode preuzela je perforirana cev kroz koju se ubacuju hemikalije, a električno
polje stvoreno izvorom istosmerne struje uzrokuje njihovo homogeno rasprostiranje tlom
u smeru katoda koje su koncentrično postavljene oko anode.

Ima nekoliko mogućih načina rada. Hemikalije se
mogu ili ubacivati stalno na jednom mestu u anodu i
upućivati prema katodi, ili naizmenično u obe elektrode
uz menjanje polariteta elektroda. Hemikalije se mogu
ubacivati ili istovremeno u mešavini ili jedna za
drugom. Primeni li se anoda od aluminijuma, ona daje,
otapajući se, aluminijumske jone koji se injektiraju i
reagjuući sa tlom učvršćuju njegovu strukturu.

Sl.761:- Princip elektroosmotskog injektiranja

→ Elektroosmotsko sušenje i izolovanje zidova.
Tehnička elektroosmoza upotrebljava se za sušenje temelja, betonskih, kamenih i zidova
od opeka, bez obzira na to koji je uzrok vlaženja: atmosferska vlaga i padavine, ili
unutrašnja vlaga (stambena, radionička, procesna), ili kapilarna vlaga (podzemna). Ona
se praktično neograničeno može primeniti za sprečavanje vlaženja konstrukcije i
uklanjanje postojeće vlage na nadzemnim i podzemnim objektima kao što su temelji
(betonski, kameni) za stambene i industrijske objekte; zidovi podzemnih građevina kao
npr. tuneli, zemunice, podrumi, skloništa, skladišta i sl.; temelji istorijskih i
arhitektonskih spomenika; fasadni i pregradni zidovi građevina kao što su stambeni i
industrijski objekti, crkve, dvorci i sl.; podovi stambenih, industrijskih i istorijskih ili
arhitektonski zanimljivih objekata. Elektroosmotski može se uklanjati vlaga i iz
eksponata sa područja likovne umetnosti: kipova, fresaka, štukatura i tsl.

Sl.762:- Princip elektroosmotskog sušenja zida uz uzdužni transport vode. a - pasivni sistem, b-
pasivni sistem sa dubokim uzemljenjem, c - aktivni sistem, d- pasivni sistem sa pojedinačno spojenim
elektrodama, e- aktivni sistem.

Dakle, tehnika elektroosmoze zasniva se na principu protoka vode kroz tlo zbog prolaska
kroz nju jedosmerne električne energije. Voda teče prema katodi, negativnom priključku,
sledeći smer konvencionalne struje. Ove okarakteristike vode u tlu pri propuštanju
električne energije prepoznate su pre mnogo godina; ali su našle relativno malu primenu
osim kod poboljšanja performansi temelja i modifikacije teškog tla. Katoda
Katoda - Anoda+ --
Izvor struje
+
-
Ulaz hemikalija
Smer električnog
polja i transpotra
hemikalija-ulja

Prirodni NPV
Prirodni smer toka
Prirodni NPV
Ka pumpi
ŠEMA ZA PROCES ELEKTRO -OSMOZE

568/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Elektroosmoza se smatra ekvivalentom tradicionalne konsolidacije. Zato se za
predviđanje uticaja elektroosmoze može koristiti teorija koja se podrazumeva za analizu
zgušnjavanja sitnozrnih tla pod odvodnjavanjem zbog primene dodatnog opterećenja.
Nedostaci:
- Ovaj postupak pogodan je samo za vrlo fina tla koja imaju vrlo slabu propusnost.
- Podrazumeva upotrebu vrlo skupe opreme, a samim tim i visoku cenu.

1.10.1.3. Elektroforeza

To je transport naelektrisanih čestica u statičkoj ili pokretnoj tečnosti pod uticajem
električnog polja, sl.763a. To uzrokuje taloženje i sleganje čestice tla tokom EK procesa
(Lo i Ho 1991). Brzina taloženja čestica tokom stabilizacije EK zavisi od elektroforetske
pokretljivosti, što je odnos brzine čestica i veličine električnog polja (Chapel i Burton
1975).

Sl.763:- Transport naelektrisanih čestica u statičkoj ili pokretnoj tečnosti pod uticajem električnog
polja: a - Elektroforeza i b- Elektromigracija
1.10.1.4. Elektromigracija

To je sporo kretanje jona ili naelektrisanih električnih ili nejonskih (organskih ili
neorganskih) vrsta pod električnim poljem, sl.763b. Brzina protoka i smer jonske vrste su
funkcija njenog naelektrisanja, kako u magnitude (veličini), tako i u polaritetu, plus
količina brzine protoka indukovana elektroosmozom (Milligan 1995).
Posredstvom električnog polja nastalog između dve elektrode u tlu dolazi do migracije
zagađujućih supstanci u obliku naelektrisanih jona ili čestica. Pozitivni joni se kreću
prema negativno naelektrisanoj katodi, a negativni joni ka anodi. Šematski prikaz
elektrohemijske metode dat je na slici 752 i 763 a i b. Ova metoda se najčešće primenjuje
in situ, mada se može primenjivati i ex situ.

Elektrokinetičke metode mogu se koristiti i za sprečavanje migracije zagađujuće materije
izvan određenog prostora kreiranjem električnog polja koje čestice ne mogu da savladaju.
Metali koji se mogu uklanjati ovom metodom su bakar, olovo cink, arsen, kadmijum,
hrom i nikal. Potencijalno ova metoda upotrebljiva je i za radionuklide i organske
supstance. Trajanje ovakvog procesa zavisi od karakteristika zagađenog prostora. Ova
metoda se najčešće primenjuje in situ, mada se može primenjivati i ex situ. Tabela 75
predstavlja rezime fenomena EK (Milligan 1995) - kratka ilustracija elektrokinetičkih (EK)
pojava.

569/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 75 - Kratka ilustracija elektrokinetičkih (EK) pojava
The brief illustration of electrokinetic (EK) phenomena
Technique Values Elements mobility Types of gradient Some researchers
Electrolysis Redox potential Charged ion species Applied Chemical gradient Barker et al. 2004
Electroosmosis Velocity Pore fluids
Applied electric
potential gradient
Mitchell & Soga 2005
Electrophoresis Velocity
Charged Particles (usually
micelles or colloids)
Applied electric
potential gradient
Asavadorndeja & Glawe
2005; Ou et al.2009
Electromigration Velocity Charged ions or solutes
Applied electric
potential gradient
Paillat et al. 2000
Streaming
otential
Hydraulic potential Liquid
Applied hydrostatic
pressure gradient
Mosavat et al. 2012
Sedimentation
potential
Gravitational
potential
Particle Gravity Mitchell & Soga 2005

1.11. Mlazno injektiranje - cementiranje (Jet Grouting)
(Detaljnija obrada u 1.1. Injektiranje)
Izgradnja geotehničkih objekata na terenima nepogodnim za građenje uslovljena je
primenom tehnoloških postupaka za poboljšanje tih terena. Jedan od (najčešćih)
postupaka je injektiranje stenskih masa.

Injektiranje je tehničko-tehnološki postupak kojim se vrši poboljšanje mehaničkih
svojstava stenske mase, smanjuje se vodopropustljivost, ostvaruje se intimni kontakt
objekta i terena. Postupak se izvodi tako što se, jedna ili više suspenzija, emulzija ili
rastvora, pod pritiskom ubrizgavaju u osnovnu stenu, tlo ili građevinu u cilju poboljšanja
nosivosti i vodopropusnosti terena, te stabilnosti izgrađenih objekata. Injekciona masa tu
očvršćava i dorpinosi poboljšanju: kontakta objekta i terena; mehaničkih karakteristika
stenske mase u zoni sadejstva; smanjenju vodopropustljivosti stenske mase i dr.
Jet grouting (mlazno cementiranje)
- Može se primeniti za sve vrste tla
- Mlaz cementnog maltera pod pritiskom razbija tlo i meša se sa njim
- Integrisanjem nastalih stubova formira se masa soilcrete
koja ima visoku čvrstoću i malu vodopropusnost

Injektiranje je jedina metoda stabilizacije terena koja se sastoji u ubrizgavanju
stabilizacionih sredstava u tlo pod pritiskom, kroz bušotine, pomoću odgvarajućih mašina
i uređaja, na području koje želimo poboljšati - konsolidovati.
Bez obzira na područje primene metode injektiranja, sam postupak je u svojoj biti uvek
isti, a rezultati se razlikuju zavisno od toga da li se injektiranjem želi postići trajna ili
privremena stabilizacija terena.
Injektiranja se mogu podeliti u nekoliko grupa:
 kontaktno injektiranje-ispuna šupljina na kontaktu betona i stenske mase,
 vezno injektiranje-povezivanje u konstruktivnu celinu obloge i stenske mase,
 konsolidaciono injektiranje-poboljšanje mehaničkih karakteristika stena,
 naponsko injektiranje (stvaranje pritiska u okolini tunelske obloge ili betonske
konstrukcije postiže se prednaprezanje konstrukcija) i
 zaptivno (postizanje vodonepropusnosti oko građevine ili ispod nje) kao i
 lokalno (tzv. prepakt metoda za zapunjavanje pojedinačnih šupljina - kaverni, pri
čemu se zapunjava prvo granulisanim šljunkom, a zatim injektira cementno-
bentonitnim injekcijama).

570/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.764:- Šematski prikaz vrste injektiranja (Welsh i sar. 1986)
Primena:
 povećavanje nosivosti slabonosivog tla,
 zapunjavanje kontaktnih pukotina između građevine i tla,
 ugradnja geotehničkih sidara i mikropilota i
 smanjenje vodopropusnosti.
Injektiranje je univerzalna metoda ubrizgavanja pod pritiskom za ispunu konstrukcionih
pukotina, šupljina i spojeva u temeljima ili zidovima koji se nalaze u tlui. Injektiranje se
vrši na bazi strogo definisanih i propisanih metoda.

Kako je već rečeno, postoji niz tehnologija građenja koje se koriste u takvim slučajevima,
a u poslednje vreme razvijena je i tehnologija tzv. mlaznog injektiranja (Jet Grouting)
koja sadrži niz pogodnosti, i široko je primenljiva, kod poboljšanja mehaničkih svojstava
tla- stenskih masa.
Potrebno je razlikovati tehnologiju mlaznog injektiranja od, tzv. klasičnog injektiranja.
Postoje razne tehnologije injektiranja, na primer:

 klakaža (kontaktno injektiranje - permeation),
 konsolidacija (kompakciono) injektiranje,
 penetraciono injektiranje i
 mlazno (naponsko )injektiranje.

Sl.765:- Šematski prikaz metoda injektiranja tla - vrste injektiranja (Welsh i sar., 1986) Klakaža
Permeation
i
Fracture

571/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→ Mlazno (naponsko) injektiranje (Jet grouting), detaljnije u 1.1.5.

Mlazno injektiranje - injektiranje pod velikim pritiskom, pri čemu smesa izlazi iz
mlaznice smeštene na bušećoj garnituri, više u 1.1.5.

Mlazno injektiranje, tj. Jet Grout, je uobičajeni naziv za svaki izvedeni postupak gde se
koristi izuzetno visok pritisak (od 300 do 700 bara, tj. 30 do 70 MPa) za unos energije u
fluid koji se utiskuje u tlo brzinom od 250 do 330 m/s sa ciljem razbijanja strukture tla,
premeštanja čestica, kao i njihovog mešanja sa cementnom smesom.

• Mlaznim injektiranjem u tlu se stvaraju valjkasta tela sastavljena od mešavine.
Injekcione smese i čestica tla, koji su poboljšanih karakteristika u odnosu na prirodno tlo.
• Soilcrete (concrete).
• Pogodnom kombinacijom takvih valjaka (eventualno i izduženih panela) tla dobijamo
razne konstrukcije koje mogu rešiti niz geotehničkih problema.
• Koristi se više od 40 godina.

Ova tehnologija bitno se razlikuje od prethodnih. Njenom primenom totalno se razbija
struktura tla, zato se čestice tla mešaju (in-situ) sa vezivnim sredstvom, kada nastaje
homogenizovana masa poboljšanih mehaničkih svojstava.

Tehnologija se primenjuje kod raznih vrsta tla sa raznim injekcionim smesama, iako se
normalno koriste vodo-cementne, ili vodo-cementno-bentonitne smese.

Dakle, mlazno injektiranje - (Jet grouting) je opšti pojam koji izvođači za injektiranje
koriste za opisivanje različitih građevinskih tehnika koje se koriste za modifikaciju tla ili
poboljšanje tla. Izvođači radova na injektiranju koriste ultrazvučne tekućine ili veziva
koja se ubrizgavaju u tlo pri velikim brzinama i pritiscima.

Ta veziva u potpunosti razbijaju strukturu tla i mešaju čestice tla in situ, stvarajući
homogenu masu, koja se pak učvršćuje. Ova modifikacija/poboljšanje tla igra važnu
ulogu u područjima stabilnosti temelja, posebno u obradi nosivih tla pod novim i
postojećim zgradama; u dubinskoj nepropusnosti tla vodenih nosača; u izgradnji tunela;
i da ublaže kretanje ugroženih tla i podzemnih voda.

Sl.766:- Mlazno injektiranje - (jet grouting)

Mlazno injektiranje
(zamena)
Mlazno injektiranje
(mešanje)
Mlazno injektiranje
Mlazno
injektiranje
Izdizanje cevi i formiranje stuba
Injektirani
stub
Snabdevanje pod visokim pritiskomo - injektiranje
Spustanje cevi niz vodilicu
Monitor
(vibrouređaj)
Vođica
Vazdušni i
vodeni mlaz
Podizanje
40 mm/min
Inj. smesa
Voda
Vazduh

572/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.767:- Tipičan raspored (mlazno injektiranje) zbijanje na mestu injektiranja
(Typical layout (Jet grouting) of a compaction grouting site)

Sl.768:- Stalna praktična primena injektiranja pri sanaciji nekih objekata

Permanent injection-El Cajon Dam, Honduras.
Waterproofing injection fof the creation of a
cut-off wall araund and underneath the dam.
Permanent injection - Tower of Pisa.
Consolidation injecrions of rubble masonry

573/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
1.12. Armiranje tla - Primena geosintetika u poboljšanju stenskih masa

Već je rečeno da je poboljšanje tla opšti termin koji se koristi za modifikaciju tla kako bi
se povećala njegova čvrstoća i druge inženjerske osobine. Postoje mnoge metode
poboljšanja tla, kao što su upotreba aditiva (cement, kreč i sl.) i zbijanje (statički i
dinamički).
Takođe, primena geosintetika je dobro poznata tehnika u poboljšanju i učvršćivanju tla.

Uključivanje geosintetika u izgradnju, npr. saobraćajnica, poboljšava njihove
performanse. Ova poboljšanja mogu se odnositi na četiri funkcije:odvajanje, filtracija,
drenaža i ojačanje.

Najkorisnije funkcije u izgradnji saobraćajnica su odvajanje i ojačanje.

Pre 35-40 godina, prva generacija geosintetika zauzela je svoje mesto u geotehničkom
inženjerstvu.

Prestalo je inicijalno odbijanje da se prihvati geosintetika kao građevinski materijal.
Danas su geosintetici klasifikovani kao neophodan građevinski materijal zbog svoje
raznolikosti i specifičnih karakteristika. Mnoge geotehničke primene danas se ne mogu
zamisliti bez geosintetika.

Postojeći kao geotekstili, geomreže, geomembrane i srodni proizvodi, oni omogućavaju
tehnički jednostavna, jeftina i alternativna rešenja.

Dakle, u potreba geosintetika ima jedinstvene prednosti u odnosu na druge tehnike
ojačavanja tla, zbog tehničkih, ekonomskih i održivih razloga (npr. jednostavnost
konstrukcije, širok spektar fizičkih i mehaničkih svojstava kao što je visoka masa po
jedinici površine, zatezna čvrstoća i karakteristike zatezne čvrstoće; niži troškovi
transporta; niska emisija CO2; itd.).

Armaturni elementi ugrađeni u tlo, kroz mehanizme prenosa opterećenja između tla i
inkluzija armature, poboljšavaju i stabilizuju to tlo i objekte na toj lokaciji. Preraspodela
unutrašnjih napona unutar ojačane mase tla i deformacioni odziv konstrukcije mogu biti
vrlo složeni. To zavisi od svojstava mehanike tla i strukturne, geometrijske i mehaničke
karakteristike geosintetika i na mehanizmima transfera napona koji se odvijaju između
tla i inkluzije.

Sl.769:- Mehanički stabilizovano tlo - primer armirane kosine tla u izgradnji - Geosynthetic reinforced wall.

Prvi autor koji je zagovarao koncept ojačanog tla je verovatno bio C.W. Pasley,
1822.Tehniku ojačavanja tla u ovom modernom obliku prvi je razvio M. Henri Vidal, koji
je svoj sistem nazvao "pojačanom zemljom"(la terre armée). Zemlja (tlo) je jaka u
kompresiji a slaba u naponima, pa je zbog toga potrebna zatezna čvrstoća tla.

574/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Sl. 770:-M. Henri Vidal - Originalni koncept armiranog tla (Vidal, 1966, 1969)

Tri glavna područja gde se može primeniti ojačanje tla su: nagibi (kosine i nasipi), temelji
i saobraćajnice i potporni zidovi. Uvođenje geomaterijala veće čvrstoće i veće zatezne
čvrstoće čine novo rešenje za geotehničke probleme.

Uopšte, zbog raznolikosti geometrije površina koja se nalazi u geosintetici, interakcija
između tla i inkluzija može biti od različite vrste. Glavni mehanizmi interakcije koji utiču
na otpornost izvlačenja geomreža ugrađenih u zbijenim zrnastim tlima su trenje, između
tla i čvrste površine tla i otpori podloge, koji se razvija u odnosu na poprečne elemente.
Posebno, što se tiče nosivosti koja se mobilizuje na međupovršini tlo-geomreža, igraju
važnu ulogu interferencijski fenomeni koji se mogu pojaviti kada je razmak između
poprečnih nosivih elemenata manji od fiksnog ograničenja, zavisno od proširenja aktivne
i pasivne površine mobilisane na poprečne nosače.

Sl.771:- Šema analize prenosa opterećenja

Dakle, primena plastičnih materijala (geosintetika) u građevinarstvu u Svetu je veoma
rasprostranjena. Naročito se primenjuje u privredno razvijenim zemljama u kojima je
postignut visoki nivo građevinske tehnike i tehnologije.
Plastični materijali (geosintetici) koji se koriste u građevinarstvu mogu imati
konstruktivne i noseće funkcije. Znači da je polje primene plastičnih materijala
(geosintetika) u građevinarstvu prilično rasprostranjeno.

Zajednička karakteristika svih plastičnih materijala koji se primenjuju u građevinarstvu
je laka tehnologija ugrađivanja i čistoća rada. Mala zapreminska masa olakšava transport
i daje veću manipulativnost pri ugrađivanju, što snižava troškove gradnje.
Plastični materijali koji se primenjuju u građevinarstvu su, u principu, otporni na dejstvo
kiselina i baza, temperaturnih promena, dejstva vode itd., što ih čini dugotrajnim, gotovo
večnim, što je bitna i važna karakteristika.

575/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Građevinski objekti su skupi i za njihovu izgradnju i održavanje potrebno je mnogo
prirodnih ili proizvedenih građevinskih materijala. Primenom "plastike" - geosintetika u
građevinarstvu znatno se smanjuje količina građevinskih materijala i cena izgradnje.

U razvijenim zemljama Sveta, plastični materijali (geosintetici) se često primenjuju u
niskogradnji, a naročito pri gradnji i održavanju saobraćajnica. Saobraćajnice su veliki
potrošači plastičnih materijala. Međutim, kod nas se plastični materijali veoma malo
koriste pri izgradnji i održavanju saobraćajnica, mada u poslednje vreme ima tendencije
za većom primenom ovih materijala pri izgradnji i održavanju saobraćajnica i drugih
objekata.

Sl.772:- Uporedni pregled neto cene građenja za 1 m
2
podgradne konstrukcije visine 5 m.

U našoj zemlji plastični materijali, pri izgradnji i održavanju građevinskih objekata se,
još uvek, nedovoljno primenjuju. Zato je potrebno uložiti napor u smislu marketinške
predstave plastičnih materijala, koji se mogu primenjivati u građevinarstvu, kako bi naše
građevinarstvo postalo savremenije, brže, racionalnije i konkurentnije.

Geosintetici su polimerni materijali koji svojim karakteristikama omogućavaju
izvanredna tehno-ekonomska rešenja u svim područjima savremenog građenja.
Geosintetici se upotrebljavaju u izgradnji stalnih i privremenih saobraćajnica,
parkirališta, aerodromskih pisti, železničkih pruga, tunela, odlagališta otpada, veštačkih
jezera, obaloutvrda, nasipa, brana, drenaža, temelja građevina, izolacije ravnih krovova,
sportskih igrališta, retenzija itd. Geosintetici omogućavaju značajne uštede u materijalu,
povećanje racionalnosti izgradnje i održavanje građevinskih objekata, zamena skupih
klasičnih građevinskih materijala, povećanje stabilnosti i trajnosti građevinskih objekata,
smanjenje vremena građenja i bolju zaštitu životne sredine.
Međutim, upotreba sintetičkih materijala u građevinarstvu, odnosno u kontaktu sa tlom,
vodom ili rastinjem, mora biti kontrolisana, jer jedino tako nam donosi značajne koristi.
Geosintetici ugrađeni su u sve značajnije objekte niskogradnje koji su se zadnjih godina
gradili ili se još uvek grade u Svetu, pa i u Srbiji, ali, kod nas još uvek, nažalost, veoma
malo. Usko sarađujući sa projektantima, investitorima, izvođačima, a pre svega
autoritetima iz građevinske struke, treba promovisati geosintetike kao način razmišljanja
koji je u skladu sa strategijom održivog razvoja, a istovremeno kvalitetno, dugotrajno i
ekonomski opravdano tehničko rešenje.
Uključivanje geosintetika u izgradnju, npr. saobraćajnica, poboljšava njihove
karakteristike - performanse. Ova poboljšanja mogu se odnositi na četiri funkcije:
odvajanje, filtraciju, drenažu i ojačanje. Na primer najkorisnije funkcije u izgradnji
saobraćajnica su odvajanje i ojačanje.

576/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Funkcija odvajanja armiranog (ojačanog) elementa sprečava da agregat nosećeg sloja
potone u tlo podloge. Prema tome, debljina nosećeg sloja ostaje konstantna bez
pogoršanja kroz životni vek saobraćajnice. To znači da će biti u stanju da efikasno
rasporedi opterećenje vozila, a da pri tome ne izazove oštećenja u kolovoznoj
konstrukciji. Mnogi istraživači kao što su Loulizi i ost. i Narejo proučavali su ovu teoriju.
Funkcija ojačanja sadrži tri osnovna mehanizma za ojačanje:
- bočna ograničenja;
- poboljšanje nosivosti i
- efekat tenzione membrane kao što su naveli Giroud i Noiray i Bhosale i Kambale.
Sl. 773:- Čvrstoća geomreže i interakcija sa tlom (uklještenje zrna) povećavaju čvrstoću tla -
mehanizam za blokiranje pokazuje da su zrna “zaključana” u otvoru monolitne geomreže

Geosintetici danas su u upotrebi u gotovo svim segmentima - saobraćajnice, železnice,
mostovi, hidrotehničke građevine, zgradarstvo, objekti zaštite okoline (odlagališta
otpada), a upotrebljavaju se i u poljoprivredi i šumarstvu.

Pri projektovanju i pravilnom izboru geosintetika, moguća su sledeća područja primene:
SAOBRAĆAJNICE - povećanje nosivosti slabo nosivog tla, temeljenje nasipa, osiguranje
stabilnosti kosina, potporni zidovi, zaštita od erozije, sanacija klizišta, armiranje asfaltnih
konstrukcija, tuneli, drenaže.
HIDROTEHNIČKE GRAĐEVINE - zaštita obala i dna vodotoka, regulacija vodotoka, luke
i marine, nasute brane, sanacija hidrotehničkih objekata, hidrotehničke melioracije.
ZAŠTITA OD EROZIJE - uređenje odlagališta otpada, zaštita voda i tla od mogućeg
onečišćenja, izolacija onečišćenog područja, plivajuće brane, uređaja za prečišćavawe
otpadnih voda, ozelenjavanje površina, zaštita od odrona.

Geosintetici su proizvodi od sintetičkih materijala koji su napravili pravu revoluciju u
građevinarstvu. Američko društvo za testiranje i materijale (ASTM) u normi D4439
definisalo je geosintetike kao proizvode načinjene od polimernih materijala u upotrebi sa
zemljom, stenom ili drugim sličnim geotehničkim materijalom kao integralni deo
čovekove delatnosti, strukture ili sistema.

Generalno, geosintetici su materijali slični tkanini napravljeni od polimera kao što su
poliester, polietilen, polipropilen, polivinil hlorid (PVC), najlon, hlorisani polietilen, i
drugi.

577/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.774:-Višestruke funkcije geosintetika u primenama na objektima i kolovozu

Osnovni princip poboljšanja tla pomoću geosintetika je da armaturni elementi apsorbiraju
zatezna opterećenja ili smičuće napone unutar konstrukcije i na taj način sprečavaju njeno
lomljenje usled smicanja ili prekomerne deformacije. Poboljšanje inženjerskih svojstava
događa se usled trenja razvijenog na spoju tla i armature i pasivnog otpora koji nastaje
razvojem nosivih napona na poprečnim površinama armature u pravcu normalnom na
relativno kretanje armature tla. Doprinos ojačavajućeg elementa poboljšanju tla zavisiće
od hrapavosti površine (trenje obima- plašta); normalanog efektivnog napona; dimenzija
otvora mreže; debljine poprečnih elemenata; karakteristika istezanja armature; i nivoa
interakcije tlo-ojačanje na osnovu karakteristika tla, uključujući morfologiju zrna,
raspodele veličine zrna, gustine, sadržaja vode, kohezije i krutost.
→ Interakcija geomreža - tlo
Odnos između geomreža i tla koje se armira definisan je trenjem koje ima glavnu ulogu
pri prenosu zatezne sile sa tla na geomrežu i obratno. Ispitivanje interakcije geomreža-tlo
sprovodi se za dva slučaja: jednostrano smicanje i dvostrano izvlačenje. Određivanje
otpornosti u slučaju jednostranog smicanja sprovodi se prema EN ISO 12957-1,
ispitivanjem direktnim smicanjem, dok se u slučaju dvostranog izvlačenja sprovodi
određivanje otpornosti na izvlačenje iz tla prema EN ISO 13738.
Na osnovi rezultata ispitivanja određuje se koeficijent interakcije αi prema kojem se
određuje minimalna dužina sidrenja.
Vrednost koeficijenta interakcije zavisi od granulometrijskog sastava i kohezije tla,
prisutnosti vode i širine otvora i površinskoj strukturi geomreže.
Dakle, kako je rečeno, ako tlo ne može na adekvatan način da primi opterećenje od
konstrukcije, onda se primenjuje tzv. duboko fundiranje na šipovima, dijafragmama,
bunarima, kesonima ili se primenjuju mere poboljšanja tla, između ostalog, i upotrebom
geosintetika.
Tlo (zemlja) ima prirodno veliku pritisnu čvrstoću, ali malu zateznu čvrstoću i zbog toga
se u tlo ugrađuje armatura (ojačanje) koja preuzima zatezne napone.

578/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Armirano tlo (AT) je kompozitni materijal koji se sastoji od tla i elemenata armature
(nasip i armatura) koja se ugrađuje u tlo kako bi preuzela zatezne ili smičuće napone,
čime se smanjuju opterećenja koja bi inače prouzrokovala smičući lom ili preterane
deformacije konstrukcije. Osnovni mehanizam ojačanog tla uključuje stvaranje sila trenja
na granici tlo-ojačanje tla.
Ograničeni pritisak (Δσr) zavisi od krutosti i gustini elementa za ojačavanje kao i od
mehanizma za prenos napona na mestima dodirivanja tla i armature. Ograničeni pritisak
za savršeno prianjanje na dodiru je:

gde je:
- T najveća zatezna sila u ojačanju, i
- (n/h) gustina armature (tj. broj slojeva prema jedinici visine tla).

Kao deformabilni materijal, geosintetika ne samo da povećava čvrstoću i duktilnost tla,
već stvara fleksibilniju strukturu. Kako se naprezanje povećava, otpornost na trenje
između tla i geosintetika se mobiliše, tako da se devijator napona tla ne poveća toliko
koliko bi to bilo bez ojačanja i povećava se prividna smičuća čvrstoća i osna čvrstoća tla.

Sl. 775:- Čvrstoća tla definisana Mor-Coulumb-ovim uslovom loma -za nearmirano i armirano
(ojačano) tlo geosintetičkim materijalom (pozajmljeno i dorađeno od Schossera i de Buhana, 1990.)

Zavisno od vrste i namene konstrukcije odabira se odgovarajući tip armaturnih elemenata
koji mogu biti izrađeni od istezljivog ili neistezljivog materijala i to u obliku mreža, traka
ili geotekstila, a uz izbor odgovarajućih armaturnih elemenata važan je i izbor
odgovarajućeg tla koje će se koristiti u izgradnji. Armaturni elementi mogu biti od metala,
polimera, prirodnih materijala, ali su to najčešće prefabrikovani elementi u obliku mreža
ili vlakana.
Ojačane kosine (nagibi) su oblik mehanički stabilizovanog tla (zemlje) koji uključuju
pločaste armaturne elemente za izgradnju nagnutih konstrukcija sa nagibima manjim od
70°.
Konstrukcije sa nagibom većim od 70° klasifikuju se kao zidovi.
Za jednolično tlo ispune - nasipa postoji ograničavajući ugao nagiba pod kojim se može
sigurno sagraditi neobrađena kosina.
Ograničavajući ugao nagiba jednak je uglu trenja tla u slučaju kohezivnog i suvog
materijala. Zato se nagib sa uglom većim od graničnog ugla nagiba naziva strmim
nagibom, za što su potrebne dodatne sile za održavanje ravnoteže. Rimoldi, P .; Ricciuti, A .; Recalcati,
P. Strme armirane padine ; TENAX: Baltimore, dr.med., SAD, 2006.

579/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Ugao nagiba pod kojim se može sigurno sagraditi neobrađena kosina

Sl.776:-Prirodni ugao nagiba materijala i ojačane kosine (nagibi)

Svrha izgradnje strmih padina je rešavanje problema na lokacijama ograničenog pravca
na putu i na mestima sa teškim podzemnim uslovima i drugim ograničenjima okoline.
Budući da tlo ima ograničenu zateznu čvrstoću, slično betonu, za prevladavanje ove
slabosti mora se koristiti armature.

Da bi poboljšali čvrstoću i strukturu tla, postavljaju se elementi za učvršćivanje
zatezanjem. Elementi za ojačanje takođe mogu izdržati savijanje zbog smičućih napona,
pružajući povećanu stabilnost strmim padinama.

Mnogi naučnici i izvođači radova bavili su se problemom poboljšanja karakteristika tla -
principi ojačanja (armiranja) tla, a među prvima bili su:
- Kasagrande (Casagrande):
• Moderne tehnike armiranog tla 1938. godine,
• Polaganje jakih zateznih materijala i
- Henri Vidal (Henri Vidal):
•„Terre Armé“ 1960-ih,
• Horizontalni zatezni elementi - trenje u tlu i
• Težina materijala omogućava trenje.

U svim gore spomenutim tehnikama armiranja, prenosa napona između tla i elemenata za
ojačavanje, na površini armirajućih elemenata, kompatibilnosti napona između tla i
armature, načina postavljanja elementa za ojačavanje te trajnosti i dugoročnom ponašanju
elemenata za ojačavanje su važni faktori koji odlučuju o efikasnosti ovih metoda za
različite strukture.

Sa uključivanjem elemenata za ojačavanje (u obliku prirodnih ili sintetičkih vlakana,
metalnih traka, eksera i sidara od tla, kao i mikropilota) u masu tla, poboljšana su njegova
različita inženjerska svojstva. Osnovni princip poboljšanja tla pomoću geosintetika je da
elementi za ojačavanje apsorbiraju zatezna opterećenja ili smicanje napona unutar
konstrukcije i na taj način sprečavaju njegov lom zbog smicanja ili preterane deformacije.

Poboljšanje inženjerskih svojstava događa se zahvaljujući trenju razvijenom na
priključku ojačanja tla i pasivnom otporu koji nastaje razvojem nosivih napona na
poprečnim armaturnim površinama u pravcu normalnom u odnosu na relativno kretanje
armature tla.

580/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Doprinos elementa za ojačavanje poboljšanja tla zavisi od:
- hrapavosti površine (trenje površine - plašta);
- normalnog efektivnog napona;
- dimenzija otvora rešetke;
- debljine poprečnih elemenata;
- karakteristika izduženja armature; i
- nivoa interakcije tlo-ojačanje zasnovanog na karakteristikama tla, uključujući
morfologiju zrna, raspodelu veličine zrna, gustinu, sadržaj vode, koheziju i krutost -
čvrstinu.

Sl.777:- Šema analize prenosa opterećenja - karakteristični elementi geometrije armature sa
oznakama - diskretizacija geosintetika zajedno sa definicijom promenljivih.
→ Kriterijumi za projektovanje - spoljna stabilnost
Konvencionalne gravitacione strukture su spoljno stabilizovana rešenja koja deluju protiv
težine tla. Ojačana rešenja tla interno se stabilizuju dejstvom sopstvene težine tla da bi se
stvorile zatezne sile u ojačanju koje zajedno vezuju nasutu masu - ispunu.

Armirano tlo omogućava relativno jeftinu, brzu i jednostavnu izgradnju potpornih zidova,
stubova za mostove, marinskih konstrukcija, armiranih kosina i nasipa, a koji se uz to
mogu i lepo uklopitiu okolinu. Prostor potreban za izgradnju ovih konstrukcija je
minimalan tako da su ove konstrukcije pogodne za lokacije sa ograničenim prostorom, a
konstrukcije se lako mogu prilagoditi nestabilnostima na terenu i mogu podneti veća
sleganja i građenje na slabijem tlu. Upravo zbog ovih prednosti armirano tlo je našlo

581/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
široku primenu u geotehnici, građevinarstvu i rudarstvu.Tipičan oblik (poprečni presek)
najčešćih objekata od armiranog tla (potporni zidovi i kosine) prikazan je na slici 778.

Sl.778:-Tipičan poprečni presek zidova i kosine od armiranog tla-geosintetika
(pozajmljeno i dorađeno od Kercher i sar.)
Dakle, armirano tlo (AT) je konstrukcija u kojoj se u osnovni materijal (tlo) ugrađuju
umeci koji preuzimaju zatezne napone iz tla i na taj način povećavaju čvrstoću tla. U
zavisnosti od načina preuzimanja i prenošenja zateznog napona podela armature
(ojačanja) je na trake, mreže, geotekstile i geomreže.

 Trake prihvataju tačkasto napone na licu i linijski ih trenjem prenose u dubinu
nasipa.
 Mreže, geotekstili i geomreže, napone prihvataju linijski, a prenose ih površinski
(plošno), trenjem, u dublje slojeve tla.
Osnovne komponente AT konstrukcija su tlo,armaturni elementi i obloga, slika 779 i
780.

Sl.779:- Opšti sastav strukture zida od ojačanog (armiranog) tla - poprečni presek armiranog tla
Sl.780:-Glavni delovi konstrukcija od armiranog tla:tlo, armaturni elementi i obloga (preuzeto i
dorađeno od http://www.terre-armee.com/ta/wterrearmee_en.nsf)
Tlo koje se najčešce koristi u izgradnji AT konstrukcija je nekoherentno tlo. Kao
armaturni elementi mogu se koristiti istezljivi ili neistezljivi materijali i to u obliku mreža,
traka ili geotekstila. Zavisno od vrste i namene objekata i od karakteristika temeljnog tla,
odabire se i vrsta armaturnih elemenata koji će se koristiti u izgradnji konstrukcija od
armiranog tla, a mehanizam interakcije koji se javlja između armaturnih elemenata i

582/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
materijala ispune zavisi od vrste armaturnih elemenata (traka, geosintetika, geomreža) i
od vrste tla. Obloga u konstrukcijama od armiranog tla ne doprinosi značajno čvrstoći
konstrukcije, njena glavna uloga je da se spreči erozija materijala u konstrukcijama od
armiranog tla.

Fleksibilnost konstrukcija od armiranog tla osigurava funkcionalnost konstrukcije i u
slučajevima slabog temeljnog tla gde se očekuju diferencijalna sleganja ili gde se očekuju
seizmička opterećenje usled delovanja potresa na konstrukciju.

Armirano tlo kao poseban tip građevinskih konstrukcija u sve većoj je primeni u
savremenoj građevinskoj praksi radi svojih prednosti u odnosu na klasične konstrukcije
od tla, omogućujući izvođenje strmijih kosina nasipa, efikasnije izvođenje potpornih
zidova, izvođenje čvrstih podloga saobraćajnica i kvalitetnije poboljšanje temeljnog tla.
U armiranju tla koriste se geosintetici koji su se pokazali kao nezamenjiv materijal.

Proračun konstrukcija od armiranog tla često ne uzima u obzir tip geosintetika kakav se
planira koristiti, štoviše, različiti tipovi armature, bez obzira bila to geomreža ili geotekstil
posmatraju se na isti način, koristeći model čistog trenja između armature i tla. Sigurno
je da uvek postoji neka vrsta interakcije između tla i geomreže, a koristi od razumevanja
mehanizama interakcije između nekog tipa tla i određene mreže koje proizlaze iz
pozitivnog delovanja koje geomreža ima na poboljšanje svojstava tla i svojstva kompozita
- armiranog tla, potrebno je uključiti u proračun.

Izbor tipa mreže za određenu vrstu tla i udaljenost između slojeva armature u zoni
ojačanja trebao bi se bazirati na poznavanju važećeg mehanizma interakcije.
Upravo zbog ovih prednosti konstrukcije od armiranog tla primenjuju se u geotehnici,
građevinarstvu i rudarstvu, slika 781.
Sl.781:-Primeri primene armiranog tla
Projektovanje konstrukcija od armiranog tla podrazumeva proveru spoljne i unutrašnje
stabilnosti konstrukcija, pri čemu provera spoljne stabilnosti odgovara proverama
stabilnosti klasičnih konstrukcija, dok je provera unutrašnje stabilnosti jedinstvena za
ovaj tip konstrukcije i podrazumeva proveru sigurnosti protiv pucanja i izvlačenja
armature.

Sigurnost protiv pucanja zavisi od zatezne čvrstoće armature, dok sigurnost na izvlačenje
zavisi od interakcije koja se odvija između tla i elemenata armature. Kako bi se odredio
mehanizam interakcije sprovodi se ispitivanje direktnog smicanja ili izvlačenja armature
iz tla (pull out test). Pri čemu je kod direktnog smicanja armatura fiksirana, a tlo se pomiče
relativno u odnosu na armaturu, dok se kod ispitivanja izvlačenja armatura izvlači iz tla i
dolazi do pomeranja armature u odnosu na tlo.

583/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
→Interakcije tla i armature u armiranom tlu - ispitivanje izvlačenja

Kako je već rečeno, armirano tlo definiše se kao kompozit tla i geosintetičke armature,
najčešće geotekstila ili geomreže, polimernih ili metalnih traka ili ređe metalnih mreža.
Tehnikom armiranja tla mogu se izvesti potporni zidovi, strmi nagibi nasipa, stabilizovati
nestabilne kosine, poboljšati temeljno tlo i ojačati nosive slojeve saobraćajnica.
Primenom geosintetika u ovim radovima pojavila su se pitanja o mehanizmima delovanja
između tla i geosintetika kao armature iefikasnosti i ekonomičnosti primene različitih
tipova geosintetika za različite uslove u tlu. Ova tehnika armiranja tla pokrenulaje razvoj
istraživanja mehanizama interakcije tla i armature kroz razvoj teorijskih i numeričkih
modela, modelskih ispitivanja i ispitivanja na konstrukcijama. Kod svakog od mogućih
mehanizama unutrašnjeg loma u nasipu od armiranog tla (sl.782) armatura sa tlom
ostvaruje interakciju na različit način. U zavisnosti od mehanizma loma razvijeni su
različiti modeli ispitivanja interakcije tla i armature.

Sl.782: Presek nasipa/zida od armiranog tla sa mehanizmima loma i postupci ispitivanja koji
odgovaraju određenom mehanizmu loma, preuzeto i dorađeno, E.M.Palmeira,2008.

Ispitivanja interakcije tla i armature koja su se ustalila kao najčešća u istraživačkoj praksi
je model ispitivanja izvlačenjem i direktnim smicanjem. Ona se razlikuju u načinu
nanošenja sile i graničnim uslovima što dovodi do različite raspodele napona koji se
razvijaju u armaturi i tlu i rezultuje različitim mehanizmima loma. Ispitivanje izvlačenjem
razvijano je proteklih tridesetak godina. Pomoću njega dobijaju se parametri koji su
potrebni za određivanje dužine sidrenja armature, a pokazalo se važnim u objašnjenju
mehanizama interakcije između različitih tipova tla i armature.
A -Test direktnog smicanja
B - Zatezni lom armature u tlu - ispitivanje zatezanja u tlu
C - Smicanje u tlu sa zakošenim ojačanjem
D - Test izvlačenja

584/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
A -Test direktnog smicanja
Smicanje u ravni kontakta tla i armature u području A može se ispitivati opitom koji je
koncipiran kao opit direktnog smicanja.

Sl.783:-Opit direktnog smicanja -Meccanismi di interazione terreno rinforzo, preuzeto i dorađeno od
B - Zatezni lom armature u tlu - ispitivanje zatezanja u tlu
U području B, tlo i armatura lateralno se pomeraju tako da bi odgovarajuće ispitivanje za
ovakav mehanizam bilo zatezno ispitivanje-test dvoosne kompresije armature u tlu.

Sl.784:- Zatezni lom armature u tlu - ispitivanje zatezanja u tlu
C - Smicanje u tlu sa zakošenim ojačanjem
Ispitivanja koja se javlja u području C - direktno smicanje sa zakošenim ojačanjem
(armaturom) u odnosu na ravan smicanja predstavljaju simulaciju mehanizma interakcije
tla i geosintetika.

Sl.785:- Direktno smicanjesazakošenim ojačanjem
D - Test izvlačenja
Ispitivanja izvlačenjem proizvode mehanizam kakav se pojavljuje u području D gde
dolazi do izvlačenja armature iz tla.

Sl.786:- Šema testa izvlačenja
Ovi modeli ispitivanja izvlačenja armature iz tla u istraživanju interakcije tla i armature
su veoma važni jer se pomoću njih razjašnjavaju mehanizmi interakcije tla i armature,
uspostavljaju kriterijumi za izbor materijala u konstrukcijama armiranog tla i omogućava

585/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
primena rezultata ispitivanja u dobijanju konkretnih parametara koji se mogu koristiti pri
projektovanju konstrukcija od armiranog tla.
Uloga ojačanja (armature) u konstrukcijama od armiranog tla odgovara ulozi koju ima
armatura u betonu, a to je povećanje zatezne čvrstoće. Poboljšana zatezna svojstva tla
rezultat su interakcije između tla i elemenata armature.

Sl.787:-Okvirni dijagram koji prikazuje relativni
uticaj tipa geomreža i tipa tla - tip:W 640

U armiranom tlu naponi između tla i
armature mogu se prenositi preko trenja koje se javlja na kontaktu tla i armature (sl.788-
a,b) i/ili pasivnim otporom na poprečnim rebrima (sl.788-c,d) pri čemu mehanizam
interakcije zavisi od oblika elemenata armature. Trenje se razvija na mestima gde postoji
relativno pomeranje i odgovarajuć napon smicanja između tla i površine armature.

Sl. 788:- Mehanizmi interakcije armatura - tlo kada je geosintetika izložena sili izvlačenja:(a) sile na
geotekstilu, (b) poprečni presek uzorka geotekstila, (c) sile na geomreži,(d) poprečni presek uzorka
geomreže (preuzeto i dorađeno od Elias isar., 2001.
Uopšte smatra se da je pasivni otpor primarni mehanizam interakcije kod metalnih mreža
i geomreža sa relativno krutim poprečnim rebrima. Rebra na čeličnim rebrastim trakama
takođe pružaju određeni pasivni otpor. Doprinos pojedinog mehanizma interakcije (trenje
i/ili pasivni otpor) za pojedini element armature zavisiće od:
- hrapavosti površine,
- normalnog efektivnog napona,
- dimenzije otvora mreže,
- debljine poprečnih rebara i
- karakteristika izduženja armature.
Dakle, u armiranom tlu naponi između tla i armature mogu se prenositi preko trenja koje
se javlja na kontaktu tla i armature i/ili pasivnim otporom na poprečnim rebrima, tj.:
- Dobro međusobno "zaključavanje" i veliko trenje kontakta.
- Stabilne matrice sa otvorenom rešetkom i međusobno deluje sa tlom radi postizanja
visoke otpornosti na smicanje.
- Gruba površina rešetke omogućava dalje trenje i otpornost na smicanje u odnosu na
glatku polietilensku geomrežu koja se uglavnom oslanja na mehanizam za spajanje (čvorovi spoja).

586/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)

Sl.789:- Otpor geomreže na izvlačenje - tri komponente, a to su otpornost na trenje uzdužnih i
poprečnih rebara i otpornost na trenje ležišta poprečnih rebara
Kod proračuna globalne stabilnosti konstrukcije od armiranog tla postoje tri osnovna
modela loma za armirane nasipe, Elias i sar., 2001, sl. 790:
- kroz armaturu nasipa,
- kroz armiranu masu i
- kroz tlo iza i ispod armirane mase.

Sl.790:- Tri modela (načina) loma za armirane nasipe (preuzeto i dorađeno Elias i sar.,2001 i Clayton i
sar.2013)
Detaljnija razrada proračuna stabilnosti zidova od armiranog tla može se posmatrati kroz
šest nezavisnih tipova loma koji se dele na spoljne, unutrašnje i lomovi na čelu - oblozi
armiranog zida, slika 791.

Sl.791:- Tipovi loma konstrukcije od armiranog tla (preuzeto i dorađeno od Clayton i sar. 2013)

587/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Analiza i proračun za ojačane zemljane potporne zidove vezani su za spoljne, unutrašnje,
globalne i uticaje na fasadnom - čeonom delu. Proračun se radi pomoću standardne
metode analize stabilnosti kosine.

Sl.792:- Faze - postupak projektovanja zidova sa geotekstilom i geomrežama

Dokaz stabilnosti potpornih zidova odnosi se na statički proračun kojim se dokazuje da
su naponi u karakterističnim presecima na tlo ispod temelja u dozvoljenim granicama, i
da je zid stabilan na klizanje i prevrtanje. Ovaj problem detaljnije i stručnije izučava se u
Mehanici tla, pa se ovde neće ići u “detalje”.

Sl. 793:- Šema potpornih zidova: betonski armirani zid (levo) igeosintetički armirani zid (desno)

NAPOMENA:
Opširnije i detaljnije o Armiranju tla - Primena geosintetika u poboljšanju stenskih masa videti u
mojoj e-knjizi GEOSINTETICI U INFRASTRUKTURNIM PROJEKTIMA :
Stanković, M.: Primena plastičnih materijala (geosintetika) u izgradnji i održavanju saobraćajnica i
drugih objekata
(Plastic materials (geosinthetics) use in roads construction and maintenance and other objects)
https://www.researchgate.net ili/or academia.edu

588/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
ZAKLJUČAK:

Kao što je razmatrano u prethodnim poglavljima, stopa uspešnosti bilo koje tehnike za
poboljšanje tla zavisi od toga koliko smo razumeli podzemne uslove na lokaciji projekta.
Razumevanje indeksa i inženjerskih svojstava tla je neophodno pre korišćenja tehnika
stabilizacije tla. Proporcija materijala i fiksiranje doze stabilizatora zavisi od svojstvava
tla koja se trebaju stabilizovati. Efikasnost mnogih metoda dubokog zbijanja (npr.
miniranje, zamrzavanje, dinamičko zbijanje, itd.) U velikoj meri zavisi od prisutnosti
protoka podzemne vode i/ili uslovima odvodnjavanja na lokaciji.

Izbor metode odvodnjavanja u velikoj meri zavisiće od propusnosti tla. Slično tome,
veličina i raspored pora (pukotina), prisustvo zglobova u stenama, materijali ipune
prisutni u zglobovima, obim vremenskih uslova i uslovi protoka podzemne vode sadrže
detalje koji se moraju proceniti pre injektiranja na mestu izvođenja radova poboljšanja.
Kao što je već spomenuto, neke od tehnika primenjive su za kohezivna tla, dok su neke
za nekohezivna tla. Metoda dinamičkog zbijanja nije vrlo efikasna ako sadržaj finosti
prelazi određenu granicu.
Pored razumevanja efikasnosti različitih metoda za poboljšanje tla, istraživanje lokaliteta
ili istraživanje lokacije otkriće mnogo informacija koje su korisne u svakoj fazi projekta,
počevši od studije izvodljivosti projekta do istrage loma tla. Ako je uloženo dovoljno u
istraživanje lokacije, troškovi projekta biće niži (za poboljšanje tla kao i za izgradnju),
posebno u slučajevima kada se očekuje neizvesnost u pogledu stanja tla. Dubina i vrsta
temelja koji će se koristiti, kvalifikovana/nekvalifikovana radna snaga i stručnost
potrebna za realizaciju projekta, tehnika i oprema potrebna za izvođenje radova na
gradilištima odlučuju se na osnovu podataka prikupljenih istražnim radovima na lokaciji
gradilišta. Šta više, dobro istraženo gradilište umanjiće šanse za sporove koji bi mogli
nastati između dobavljača i vlasnika zbog nedovoljnih podataka o površini u tenderskoj
dokumentaciji ili čak zbog nepredvidivih osnovnih uslova koji su se pojavili tokom
izvršenja projekta. U suprotnom, to može prouzrokovati kašnjenje u završetku, a takođe
i povećanje troškova projekta i pojave pravnih problema.

Za tehnike klasifikacije o poboljšanju tla mogu se uputiti (preporučiti) različiti autori koji
su napisali najsavremenije knjige o poboljšanju tla, svaki sa svojim sistemom
klasifikacije, npr. (Mitchell, 1981; Van Impe, 1989). Takođe je TC211 (ranije TC17)
predložio svoj sistem klasifikacije i oni razrađuju opise različitih tehnika u 7 radnih grupa
(Chu i sar, 2009). Tabela 76 uzeta je iz ove reference kao primer sa pregledom svih
razmatranih tehnika.

Takođe sam prikazao jednu od najčešće korišćenu tabelu, tab.77, podela metoda
poboboljšanja stenskih masa koja prikazuje više tehnika poput stabilizacije tla i upotrebe
tla ojačanog geosinteticima.

Koja je najbolja ili najkompletnija, ne može se tačno preporučiti, ali iz svake od njh može
se dosta toga naučiti i koristiti u praktične svrhe.

589/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 76 - Klasifikacija tehnika poboljšanja tla koju je usvojio TC17 (Chu i sar., 2009)

590/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Tabela 77 - Šema klasifikacija tehnika poboljšanja tla ( jedna od mogućih podela - moj predlog)

Ojačanje
(Armiranje) tla
Mehanička
stabilizacija tla
(MSE)
Geosintetici
Injektiranje
Vibroflotacija
stubova
Zemljana
sidra
Kameni
stubovi
Biološki
(npr. korenje)
Poboljšanje tla
Zbijanje
Duboko dinamičko
zbijanje
Kompaktno
injektiranje
Elektro osmoza
Miniranje
Predopterećenje
Tretman (Obrada)
tla
Leteći pepeo
(Fly ash)
Cementno tlo
(Soil cement)
Grejanje/ Zamrzavanje
(Heating/freezing)
Dodaci kreča
(Lime adxmixture)
Odvodnjavanje
(Dewatering)
Metode za poboljšanje tla

591/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
Literatura:
1. Austrian Society for Geomechanics, (2010). Guideline for the Geotechnical Design of Underground
Structures with Conventional Excavation, Salzburg, Austria.
2. Bell, A.L. 1993. Jet Grouting, Ground Improvement edited by M.P. Moseley, Blackie Academic &
Professional, Boca Raton, FL, pp. 149 - 174.
3. Bell, F.G.: Engineering treatment of soils, E&FN Spon, London, 2000.
4. Bieniawski, Z. T. (1898). Engineering Rock Mass Classifications, John Wiley & Sons, New York.
5. Brady, B.H.G. and Brown, E.T. 1985. Rock mechanics for underground mining. London: Allen and Unwin,USA. This
book is available at Mr. Partha Das Sharma's blog: http://miningandblasting. wordpress.com/
6. Hoek, E., Rock Engineering (a course) http://www.rocscience.com/.
7. Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., 2002: Hoek-Brown criterion - 2002 edition
8. Hausman, M.R.: Engineering principles of ground modification, McGraw-Hill, New York, 1990.
9. James D. Hussin: The Fundation Engineering Handbook,CRC Press 2006.
10. Koerner, R.M.: Designing with geosynthetics - 4th ed., Prentice-Hall Int., New Jersay, 1998.
11. A.Q.Khan: Ground improvement using vacuum preloading together with prefabricated vertical
drains, dissertation; University of Illinois at Urbana-Champaign, 2010.
12. Moseley, M.P. (Ed.): Ground improvement, Chapman & Hall, London, 1996.
13. Mitchel, J.K.: Soil Improvement - State-of-the-Art-Report,X ICSMFE, Stockholm, p.509-575, 1982.
14. Repository: Excavation Damaged Zones Assessment : Fracture Systems Ltd., 2011.
15. Biljana Kovačević-Zelić: Poboljšanje svojstava tla i stijena, Rudarsko Geološko Naftni fakultet u
Zagrebu, interna skripta 2006.
16. M.P.Moseley & K.Kirsch: Ground Improvement (second edition), Taylor & Francis 2004.
17. P. Purushothama Raj: Ground Improvement techniques, Laxmi Publications 1999.
18. Rock Identification, lab-study-guide, geology.com
19. Rocscience, (2015). RockSupport, Introduction Manual, Toronto, Ontario.
20. Stanković, M.: Hidrotehnički radovi. Udžbenik za SVŠ i VA, VIZ, Beograd, 1979.
21. Stanković, M.: Zaštita kosina saobraćajnica savremenim materijalima. Put i životna sredina, II
jugoslovenski naučno-stručni skup, Žabljak '98.
22. Stanković, M.: Osnove geologije, inženjerske geologije i mehanike tla, I deo - osnove geologije.
e-book, https://www.researchgate.net/Mirko_Stankovic/ ili academia.edu
23. Stanković, M.: Geloški procesi u zemljinoj kori i na površini - geological processes in the earth crust
and surface. e-book, https://www.researchgate.net/Mirko_Stankovic/,. ili academia.edu
24. Stanković, M.: Primena plastičnih materijala (geosintetika) u izgradnji i održavanju saobraćajnica
i drugih objekata (Plastic materials (geosinthetics) use in roads construction and maintenance and
other objects) https://www.researchgate.net/Mirko_Stankovic/ ili academia.edu
25. Thompson, G.R. & Turk, J. (1999): Earth Science and the Environment. Saunders College
Publishing, pp.
26. Zornberg, J.G., Mitchell, J.K.: Reinforced Soil Structures withPoorly Draining Backfills. Part I:
Reinforcement Interactions andFunctions, Geosynthetics International, Vol. 1(1994) 2, pp. 103-148.
27. M.P.Moseley & K.Kirsch: Ground Improvement(second edition), Taylor & Francis 2004.
28. Bell, F.G.: Engineering treatment of soils, E&FN Spon, London, 2000.
29. P. Purushothama Raj: Ground Improvement techniques, Laxmi Publications 1999.
30. James D. Hussin: The Fundation Engineering Handbook,CRC Press 2006.
31. A.Q.Khan: Ground improvement using vacuum preloading together with prefabricated vertical
drains, dissertation; University of Illinois at Urbana-Champaign, 2010.
32. J.Chu,S.Yan: Vacuum preloading techniques- recent developments and applications,
GeoCongress,2008.
33. Stapelfeldt, T.: "Preloading and vertical drains." Electronic publication, http://www. tkk.
fi/Yksikot/Rakennus/Pohja/Prel oading_and_vertical_drains. pdf, 2006.
34. B.Tarawneh, M.Matraji: Poboljšanje tla pomoću brzog udarnog zbijanja: studija slučaja u
Dubaiju; stručni rad; časopis Građevinar; 2014.
35. Bell, A.L. 1993. Jet Grouting, Ground Improvement edited by M.P. Moseley, Blackie Academic &
Professional, Boca Raton, FL, pp. 149 - 174.
36. http://www.keller-geotehnika.rs/

592/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
37. EN 14679 - 2005. Execution of special geotechnical works - Deep mixing. European Standard.
38. Bellato, D., Dalle Coste, A., Gerressen, F.-W. and Simonini, P. 2012. Long-term performance of
CSM walls in slightly overconsolidated clays. International symposium of ISSMGE - TC211. Recent
research,advances & execution aspects of ground improvement works. 31 May-1 June 2012,
Brussels, Belgium.
39. Essler, R. and Kitazume, M. 2008. Application of Ground Improvement: Deep Mixing. TC17
website: www.bbri.be/go/tc17.
40. Elena Bogdanova, Soil improvement by the method of microblasting, Saimaa University of Applied
Sciences, Lappeenranta, Bachelor’s Thesis 2012
41. Ivanov P.L. (1983): Prediction and control techniques to compact loose soils by explosions, Proc.
8th European Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering, Helsinki, pp. 253-254.
42. Gohl W.B., Jefferies M. G., Howie J. A., Diggle D.(2000): Geotechnique. Explosive compaction:
design, implementation and effectiveness, Canada, pp.657-665.
43. Mangushev R.A., Karlov V.D., Saharov I.I.(2009) Soil mechanics, Russian, pp.141-160.
44. Holtz, RD; Christopher, BR; Berg, RR smernice o geosintetičkom dizajnu i izgradnji; Federalna
uprava za autoceste: Washington, DC, SAD, 1998.
45. ABAQUS: Theory Manual, Dassault Systemes, 2010.
46. Addo, K. O. & Robertson, P. K. (1992), Shear-wave velocity measurement of soil using Rayleigh
waves. Canadian Geotechnical Journal. Vol. 29, No. 4, 558-568.
47. Balaguru P.N., Shah S.P.: Fiber Reinforced Cement Composites, Mc Graw-Hill, New York,1992.
48. Barla, M., Bzowka, J.:Comparing Numerical Alternatives to Model Jet Grouting in Tunnels, 2013,
49. Barton D.,Geotechnical design, World Tunnelling , November 1991, London 1991
50. Brady, B.H.G., Brown, E.T., 1985: Rock Mehanics For Underground Mining, London.
51. Brady, B.H.G., Brown, E.T., (1985) Rock Mechanics for Underground Mining, George Allen and
Unwin (Publishers) Ltd, 527 (p.260-291);
52. BBRI & BGGG-GBMS “Ground Anchors 14.05.2008” Ground anchors:overview of types,
installation Methods and recent trends – ir. Flor De Cock – 14.05.2008
53. Burke, G.K., Koelling, M.A. 1995. Special Application for Jet Grouting: Underpinning,
Excavation support and Groundwater Control, Proceedings of Canadian Geotechnical Conference,
Vancouver, B.C., pp. 90-97.
54.Clayton, C.R.I., (2001). Managing Geotechnical Risk, Thomas Telford, London.
55. Chapter 6, Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels (FHWA-NHI-10-034),
Washington, December 2009.For all our past, present andhture students and colleagues at Imperial College
56.Einstein, H. H., C. W. Schwartz, W. Steiner, M. M. Baligh, and R. E. Levitt, (1980). Improved Design
for Tunnel Supports:Analysis Methods and Ground Structure Behavior: A Review, DOT/RSPA/DPB-
50/79/10, U.S. Department of Transportation, Washington DC., May.
57. Farmer, I. W. (1975), "Stress distribution along a resin grouted anchor", International Journal of
Rock Mechanics & Geomechanics, Vol. 12, pp. 347-351.
58. Harrison, J.P.,(2000) Engineering Rock Mechanics, Illustrative Worked Exsamples, Pergamon, 506
(p.247-283);
59. Hoek, E.,Brown, E.T.,(1980), Underground Excavation in rock, The Institute of Mining and
Metallurgy, London, 527 (p.245);
60. Hoek, E.Kaiser, P.K., Bawden, W.F.,(1995), Support of Underground Excavation in Hard Rock,
Balkeme, 215 (p.99);
61. Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., 2002: Hoek-Brown criterion - 2002 edition
62. Hoek, E., Bray, J.W., 1981: Rock slope engineering, IMM, London.
63. Hoek E., Brown E.T.,Underground excavations in rock , Institution of Mining and Metalurgy,
London 1982
64. E.Hoek et. al, "Support Underground Excavations in Hard Rock", A.A. Balikema Publishers, The
Netherlands
65. Hoek, E. and Brown, E.T. 1980. Empirical strength criterion for rock masses.J. Geotech. Engng
Div.,ASCE 106(GT9), 1013-1035
66. Hoek E.:Rock Engineering , cours notes, Author / Internet, Vancouver 1999
67. John R Harrison, and John A. Hudson FREng:Engineering rock mechanics: part 2, Illustrative

593/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
worked examples,First edition 2000, Elsevier Science Ltd, The Boulevard, Longford Lane,
Kidlington, Oxford OX5 lGB, UK
68. (2008) “Uplift capacity for bond type anchored foundations in rock masses”, Journal of Korean
Geotechnical Society, Vol. 24, No. 10, pp. 147-160, in Korean
69. Korean Ground Anchor Association(1996) Ground anchor engineering, Goomi publications, Seoul,
Korea, pp. 199-203, In Korean
70. Koerner, R.M.: Designing with geosynthetics - 4th ed., Prentice-Hall Int., New Jersay, 1998.
71. Li, C., and Hakansson, U., (1999). Performance of The Swellex Bolt in Hardand Soft Rocks,Rock
Support and Reinforcement Practice in Mining,Balkema, Rotterdam, ISBN 9058090450, p. 103-108
72. Littlejohn, G. S. & Bruce, D. A. (1977a) "Rock anchors-State of the art", Ground Engineering. Foundation
Publications LTD.
73. Littlejohn, G. S. & Bruce, D. A. (1977b) "Rock anchors-design and quality control", Proceedings of 16th
Symposium on Rock Mechanics, U. of Minnesota, pp. 77-88.
74. Mang H., Kropik C.,Computational Mechanics of the Excavation of Tunnels, NATM, IACS, Wien
1995.
75. Nebojša M. Davidović: Primena probabilističkog koncepta u geotehničkim računskim analizama
stabilnosti, doktorska disertacij, univerzitet u Nišu građevinsko-arhitektonski fakultet, Niš, 2013
76. Repository: Excavation Damaged Zones Assessment : Fracture Systems Ltd., 2011.
77. Kolymbas, D.:Geotechnik-Tunnelbau und Tunnelmechanik: Springer, 1999.
78. Mahdi, H. M.:Time-dependent Analysis of Jet-grouted Tunnels in Difficult Ground Conditions,
Dissertation, The University of Texas at Austin, 2013.
79. Muravljov,M.:Osnovi teorije i tehnologije betona, Građ. knjiga, Beograd, 1991.
80. Tschegg, E.K.,New Equipment for Fracture Tests on Concrete, Materialprüfung 33, No. 11- 12,
München, 1991, str. 338 - 342.
81. Zakić D.,Eksperimentalno istraživanje parametara duktilnosti kod betona mikroarmiranih
sintetičkim vlaknima, Savremeno graditeljstvo, godina III, br. 07-2011, str. 24-37,
UDK:624.012.45.04, ISNN 1986-5759.
82. European specification for sprayed concrete, EFNARC, Surray, UK, 1996.
83. Jevtić, D., Zakić, D., Savić, A.:Relevantne statičke i dinamičke metode za ocenu žilavosti
mikroarmiranih betona, Građevinski materijali i konstrukcije br.1/2011, str. 3-27, ISSN 0543-0798,
UDK: 624.012.45; 666.982.2; 620.178.2=861.
84. Lukić D., Pančić A.,Vojnić-Purčar M.:Naponsko injektiranje stenskih masa - analiza naponskog
stanja,41th International conference Contemporary achievements in civil engineering 24. April 2015.Subotica,
85. Popović, B.:Tuneli. IRO Građevinska knjiga, Beograd, 1987.
86. Product data sheet "Sikafiber T-60", Sika, 2009.
87. M.P.Moseley & K.Kirsch:Ground Improvement(second edition), Taylor & Francis 2004.
88. P. Purushothama Raj: Ground Improvement techniques, Laxmi Publications 1999.
89. Proceedings of the International Symposium “Ground Anchors - Limelette test field results” 14 May
2008, Brussels, Belgium Volume 1
90. Rey, F Patrice. (2016): Introduction to Structural Geology, Sydney
91. Roberts, J.L. (1989): The Macmillian Field Guide to Geological Structures.- The Macmillian Press
Ltd., London, 250 str.
92. RocSupport, Rock support interaction and deformation analysis for tunnels in weak rock Tutorial
Manual, © 2000 - 2009 Rocscience Inc.
93. Rock Identification, lab-study-guide, geology.com
94. Rocscience, (2015). RockSupport, Introduction Manual, Toronto, Ontario.
95. Roje-Bonacci, T. (2003.): Mehanika tla. Građevinski fakultet Sveučilišta u Splitu
96. Siren T, Kantia P, Rinne M.Considerations and observations of stress-induced and construction-
induced excavation damage zone in crystalline rock. Int J Rock Mech Min. 2015;73: 165–174
97. Statut Međunarodne Asocijacije za Inženjersku geologiju (IAEG), Kjoto, 1992.
98. Stanković, M.: Projekat zaštite kosnina useka objekata "torkret" betonom. VP 4416 Split, 1980.
99. Stanković,M.:Izrada tunela "Greda" primenom eksploziva.Naše građevinarstvo,br.35,1981;587-594
100. Stanković, M.:Neeksplozivna sredstva za rušenje stena i betona - miniranje bez potresa. Naše
građevinarstvo, br. 45, 1991; 24-28.

594/594
Autor:MScMirko Stanković,dipl.inž.,Beograd,Gen.Štefanika 20/17,[email protected] tel:+3811163-281-371 (063/281-371)
101. Stanković, M.:Tehnologija iskopa podzemnih objekata tipa "Jastog",VP 4416 Split, 1981, 1984 i 1986.
102. Stanković, M.: Uloga ankera u podzemnim radovima. VP 4416 Split, 1985.
103. Stanković, M.: Arhivski projekat kao osnova efikasnog i racionalnog građenja i održavanja
saobraćajnica,Magistarska teza, Beograd, 1994, 1-206;
104. Terzaghi, K. (1972.): Teorijska mehanika tla, Naučna knjiga. Beograd
105. Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels - Civil Elements, U.S. Department
of 15. Transportation Federal Highway Administration Publication No. FHWA-NHI-10-034
December 2009
106. Tomlinson, M. J. (1980.): Foundation Design and Construction. Pitman Press,Boston, London.
107. Thompson, G.R. & Turk, J. (1999): Earth Science and the Environment. Saunders College
Publishing, pp.
108. Vallejo, L. G, and M. Ferrer, (2011). Geological Engineering, CRC Press, New York.
109. Palmeira, E.M.: Soil-geosynthetic interaction: modeling and analysis (Mercer lecture 2007-2008),
Proceedings of The 4th European Geosynthetics Conference, Edinburgh, (2008), pp.1-30,
110. Palmeira, E.M., Milligan, G.W.E.: Scale and other factors affecting the results of pull-out tests of
grid buried in sand, Geotechnique 11 (1989) 3, pp. 511–524.
111. Koerner, R. M.: Designing with geosynthetics, Fifth edition, Pearson Prentice Hall, 2005.
112. Farrag, K.: Pull-out testing facility for geosynthetics. LTRC PROJECT NO. 87-1GT, Lousiana
Transportation Research Center, U.S. Department of Transportation, Federal Highway
Administration, 1991.
113. ASTM D6706 - 01: Standard Test Method for Measuring Geosynthetic Pullout Resistance in Soil.
ASTM International, 2007.
114. Sieira, A.C.C.F: Experimental study on soil-geogrid interactionmechanisms, PhD. Thesis,
Pontifical University of Rio de Janeiro,Brazil, 377 p, 2003.
115.Technical Committee CEN/TC189: EN13738 Geotextilesand geotextile-related products - Determination
of pulloutresistance in soil. European committee for standardization,Technical Committee CEN/TC 189,
Brussels, Belgium, 2004.
116. Moraci, N., Gioffrè, D.: A simple method to evaluate the pulloutresistance of extruded geogrids
embedded in a compactedgranular soil, Geotextiles and Geomembranes, 24(2), (2006),pp.116-128.
117. Bauer, G. E., Mowafy, Y. M.: The interaction mechanism ofgranular soils with geogrids, International
Conference on Numerical Methods in Geomechanics 6,Innsbruck, (1988),pp.1263-1272.
118. Lopes M.L., Lopes M.L. Soil-Geosynthetic Interaction - Influenceof Soil Particle Size and 351/354
Geosynthetic Structure, Gesyntheticsinternational, Vol. 6, No. 4, (1999), pp. 261-282.
119. Shu-Wang Yan, Jing Chen, and Li-Qiang Sun: Methods for designing partially inflated
120. Giroud, J. P.: An assessment of the use of geogrids in unpavedroads and unpaved areas Proceedings
of 2009 Geogrid Jubilee Symposium, 2009 Geogrid Jubilee Symposium, Institution of Civil Engineers,
London, 2009.
121. Jewell, R.A., Milligan, G.W.E., Sarsby, R.W., Dubois, D.D.:Interactions between soil and geogrids,
Proceedings from theSymposium on Polymer Grid Reinforcement in Civil Engineering,London,
(1985), pp. 18-30.
122. Rimoldi, P., Ricciuti, A., Recalcati, P.: Tenax geosynthetics technical literature, Design manual:
Steep reinforced slopes,Viganò, 1994.
123. Giroud, J.P. 2010. Development of criteria for geotextile and granular filters, 9th International
Conference onGeosynthetics, Brazil, pp 45-64
124. Giroud, J. P., Noiray, L., Geotextile reinforced Unpaved Roads. Journal of thе Geotechnical
Engineering Division, ASCE, Vol. 107. No. GT 9. 1981.

POBOLJSANJE_STENSKIH_MASA_sve_ROCK_IMPRO.pdf

About This Presentation

Slide Content

Tags

Categories

Download

Quick Actions

Statistics

Related Slideshows

POBOLJSANJE_STENSKIH_MASA_sve_ROCK_IMPRO.pdf

About This Presentation

Slide Content

Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

Slide 25

Slide 26

Slide 27

Slide 28

Slide 29

Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66

Slide 67

Slide 68

Slide 69

Slide 70

Slide 71

Slide 72

Slide 73

Slide 74

Slide 75

Slide 76

Slide 77