1. No category

Padanje kamnov iz naravnih in umetnih sten
Klasifikacija SMR nam omogoča, da sprejemamo odločitve o zaščiti naravnih in
umetnih sten. Pri analizi dogajanj pa moramo uporabiti tudi druge metode. Nekatere
za problematiko padanja kamnov so opisane v tem poglavju.
Nevarnost padanja kamnov nastopa v
hribovitem in planinskem terenu, pri zelo
strmih in navpičnih pobočjih in na umetnih
brežinah. Padanje kamnov nastopa ali v
trdnih tektonsko razpokanih hribinah ali v
hribinah, ki hitro preperevajo.
Zaščita pred padanjem kamnov zahteva:
ƒ opredelitev tveganja za določena
območja in na tej osnovi sprejetje
protimer (izogibanje, zaščitni ukrepi),
ƒ tako projektiranje človeških posegov,
tako da zmanjšamo (preprečimo)
tveganje padanja kamnov.
Svetovne statistike kažejo, da padanje kamnov in skal povzročijo enako, če ne večje
število smrtnih žrtev, kot druge velike naravne porušitve ravnotežja (plazovi, podori).
Nastopa v naravnih razmerah – pod in na strmih (navpičnih) pobočjih, kjer se krušijo
kamni in skale in pri človeških posegih - vkopih v strma pobočja. Vsak poseg v strmo
brežino večkratno poveča tveganje, ki ga zmanjšamo z ustreznimi protiukrepi.
Pri nas nastopa ogroženost od padanja kamnov na planinskih in hribovitih cestah
(npr.: na cesti Bovec – Vršič v dolini Trente – Berebica), ob železnicah (npr.: savska
proga Litija – Trbovlje), v naseljih, kjer so hiše pod strmimi pobočji (Jesenice,
Hrastnik, Kamnik) in v hribih ter planinah, kjer so ogroženi sprehajalci, pastirji,
hribolazci in planinci (npr. pot na Krnska jezera).
Vzroki padanja kamnov so:
ƒ dolgotrajni – tektonika, fizikalno preperevanje, klimatski dejavniki, biološki
dejavniki,
ƒ kratkotrajni (sprožilni) – zmrzovanje, tresljaji, vremenske spremembe (dež,
veter, otoplitev).
Trajektorija gibanja in doseg padajočega kamna
je odvisna od:
ƒ brežine:
o višine,
o nagiba,
o oblike.
ƒ padajočega kamna:
o velikosti,
o oblike,
o trdnosti.
PADANJE KAMNOV/
1
ƒ
lastnosti hribine v steni:
o odbojnega koeficienta,
o poraščenosti,
o lokalnih gruščnatih odsekov, teras.
Kritični faktorji, ki povečujejo odbijanje kamnov, da padejo daleč od roba stene so:
ƒ zelo trdne hribine,
ƒ čiste površine,
ƒ visok odbojni faktor,
ƒ “smučarske skakalnice”.
Kamni iz zelo trdnih hribin pri
udarcih ne razpadajo in se
močno odbijajo iz stene, ki je
čista, brez gruščnatih površin.
Tako imenovane smučarske
skakalnice
iz
navpičnega
padanja preusmerijo gibanje
kamnov v horizontalno smer.
Ker je določljivost odbojnega
koeficienta, mesta iz katerega bo izpadel kamen in drugih parametrov nezanesljiva,
rezultate napovedi, kam bodo kamni padli zelo izboljšamo s natančno terensko
analizo padanja kamnov na obravnavanem terenu ali podobnem.
Za izračun trajektorij padanja kamnov potrebujemo naslednje podatke:
ƒ značilni profili brežin,
ƒ lociranje potencialnih mest izpadanja kamnov,
ƒ odbojni koeficient,
ƒ možno velikost kamnov, masa (od – do),
ƒ oblika kamnov,
ƒ drobljenje kamnov ob padcu.
Značilni vzporedne profile po padnici brežine v
podrobnem merilu izdelamo s terestičnim
terenskim
snemanjem.
Ostale
faktorje
določimo z opazovanjem, pri čemer vedno
postavimo zgornjo in spodnjo mejo. Tako na
primer za velikost kamnov ugotavljamo
najmanjše in največje kamne.
Za opredelitev nevarnosti padanja kamnov
uporabljamo posebne izračune, ki temeljijo na
–Monte Carlo statistični metodi. Za vsak vplivni
faktor po tej metodi določimo spodnjo in
zgornjo mejo in statistično porazdelitev
vrednosti med obema mejama. Računalniški
program nato s slučajnim izbiranjem vrednosti
spremeljivk med obema mejnima vrednostima
PADANJE KAMNOV/
2
ponovi več tisočkrat izračun (podobno, kot če bi igrali ruleto ali kockali) in izračunava
trajektorije potovanja kamnov. S spreminjanjem odbojnega koeficienta izračun
umerimo glede v naravi ugotovljene posamezne padce kamnov. Kot rezultat dobimo
ovojnico trajektorij padanja kamnov, kot je prikazano na sliki. Ko izvajamo izračun
ponavadi vse vrednosti vplivnih faktorjev držimo enake, razen ene spremenljivke,
kateri računalnik slučajno izbira vrednosti. Tako spremenljivko eno za drugo
testiramo in ugotavljamo, kakšna je njena “pomembnost” v končnem izračunu. Kljub
takemu pristopu pa se ne moremo izogniti vsem neznamkam. Nujne so
poenostavitve, ki se poznajo v kvaliteti končnega izračuna.
Spodaj našteti faktorji so tisti, ki vplivajo na zmanjšanje zanesljivosti izračuna:
ƒ neznano mesto izvora padanja,
ƒ variabilnost lastnosti hribine,
ƒ ni mogoče vzdolž profila opredeliti vse variacije v lastnostih materiala, ker so
odvisne od lokalnih sprememb v razpokanosti, preprerelosti itd.,
ƒ variabilnost oblike brežine,
ƒ problem izbora kritičnih profilov,
ƒ lokalne nepravilnosti, ki jih pri snemanju profila ni možno zajeti.
Odbojni koeficient je tista spremenljivka s katero umerjamo model padanja kamnov.
V izračunu za poljuben odsek profila vnesemo dva odbojna koeficienta, pravokotni in
tangecialni. Pravokotni odbojni koeficient RN, ki se ponavadi spreminja med
vrednostima (0.3 < RN < 0.5) je za primere,ko kamen pade blizu normale na
površino. Tangecialni odbojni koeficient RT, ki se ponavadi spreminja med
vrednostima (0.8 < RT < 0.95 ) pa za padce kamnov, ki padejo na površino pod
ostrim kotom.
Mehke cone zemljine in vegetacija zavzemata spodnje dele obsega odbojnega
koeficienta, odkrita hribina in asfalt pa zgornje. Toda že majhna sprememba
odbojnega koeficienta prinese popolnoma druge rezultate. Na primer, če kamen
pade od trde hribine (RN=0.50) le 10 cm stran v mehko cono (RN=0.35) se lahko
udarec popolnoma absorbira v nasprotju z velikim odbojem v prvem primeru.
Medtem ko imajo inženirji dober občutek za kot notranjega trenja, pa tega nimajo za
odbojni koeficient. To je mogoče rešiti tako, kot smo že preje nakazali, da z
računalniškim programom delamo povratno analizo, dokler ne dobimo pravih
rezultatov padanja kamnov (dejansko ugotovljena končna mesta padca kamna).
Eden izmed vhodnih parametrov je masa kamnov. Običajno je lahko veliko kamnov,
ki padajo z maso do 5 kg, ne vemo pa kolika je možna največja masa, ki jo je
smiselno upoštevati. Z verjetnostno analizo in uporabo računalniškega programa, ki
lahko v kratkem času izvede veliko število izračunov lahko problem zadovoljivo
rešimo. Tako na primer ugotovimo, da velja odvisnost, čim večji kamen manjša je
verjetnost pojavljanja.
Vpliv geometrije brežine na rezultat izračuna določimo s spreminjanjem oblik terena
med dvema točkama na brežini (določitev občutljivosti na obliko brežine). Za vpliv, ki
ga ima lastnost hribine delamo izračun z vpeljavo velike standardne deviacije
odbojnega koeficienta Rn. Za mesto izvora padanja lahko v izračunu predvidimo
številna mesta, ponavadi pa so najbolj kritična na vrhnjem delu brežine.
PADANJE KAMNOV/
3
Osnovni inženirski pristop k izračunu je previdnost in konzervativnost pri izbiri
vhodnih podatkov. Odločitev, koliko bomo konzervativni, pa je odvisna tudi od
zunanjih faktorjev izven izračuna ,kot je na primer gostota prometa. Pri cestah z malo
prometa bomo privzeli 95 % mejo v histogramu, za avtoceste z gostim prometom pa
bomo upoštevali vse možne trajektorije padajočih kamnov.
Obstaja več računalniških programov za simuliranje padanja kamnov, ki vsi delujejo
na podoben način. Prikazali bomo rezultate računalniškega programa ROCFALL
avtorja Warren Douglas Stevens –a (www.rocscience.com).
Vhodni parametri v program so
naslednji:
ƒ profil brežine s točkami
(variabilno),
ƒ mesto izvora padanja
(variabilno),
ƒ lastnosti hribine (RN, RT, f) med
dvema točkama profila
(variabilno),
ƒ pregrade (konstanta).
Output modeliranja padanja kamnov so:
ƒ slike in histogrami distribucije padanja,
ƒ maksimalne hitrosti (važno za projektiranje zaščit),
ƒ kinetična energija,
ƒ višine odskakovanja kamna na vsakem mestu vzdolž profila,
ƒ envelope zgornjih parametrov.
Distribucija hitrosti:
Distribucija kinetične energije:
PADANJE KAMNOV/
4
Možna sta dva sistema zaščite, na brežini in pod njo.
Maksimalna višina odbijanja:
ZAŠČITA BREŽIN:
ƒ mreže + biotorkret,
ƒ rešetkaste betonske konstrukcije,
ƒ sidra,
ƒ brizgani beton,
ƒ lovilni zasloni.
Lovilni zasloni so lahko togi ali pa elastični. Elastični so uspešnejši, pa tudi zelo dragi.
Lovilne zaslone projektiramo, glede na pričakovano kinetično energijo največjih
padajočih skal. Z računalniškim programom poiščemo najugodnejša mesta, število in
višino zaslonov.
Drug tip zaščite
pred padajočimi
kamni so:
ƒ berme
ƒ galerije
ƒ lovilni jarki
ƒ nasipi
ƒ pregrade
Fotografije primerov zaščite brežin najdete na internetu, na primer na strani
www.geobrugg.com ali www.gi-zrmk.si/ribicic/.
Nekaj primerov izvedbe zaščite brežin in varovanja pred padanjem kamnov
prikazujem spodaj. Prikaz poteka od enostavnejših k bolj zahtevnim ukrepom.
Primeri padanja skalnih gmot:
Primeri zaščite
PADANJE KAMNOV/
5