Razprave GOK: 116.5: 116.6 Sodobni načini varstva pred porušitveno erozijo Modern Protection Against Rockfa ll Erosion Marijan ZEMLJ IČ* , Aleš HORVAT** Izvleček: Zemljič, M., Horvat, A.: Sodobni načini varstva pred porušitveno erozijo. Gozdarski vestnik, št. 4/1999. V slovenščini, ci t. lit. 1 O. Prevod v angleščino: Aleš Horvat. Porušitve skalnih gmot pogosto ogrožajo varnost objektov in promet na cestah in železniških progah, zato je zelo pomembno primerno načrtovanje in varovanje le-teh. Principi zaščite prometnic pred padajočim kamenjem so {!dvisni od obsega ogroženosti. Pri ogroženosti s kamninskimi pQdori večjih razsežnosti je smotrno razmišljati o morebitni deviaciji prometnice ali pa jo je praviloma potrebno sekundarno zaščititi s primerno oblikovano galerijo . Pri porušitvah manjših razsežnosti je način sekundarnega varovanja odvisen zlasti od velikosti in lokacije porušitve glede na prometnico ter od tehničnih možnosti in ekološke primernosti varovalnih ukrepov. V poštev pride zlasti uporaba visečih varovalnih mrež različnih dimenzij ter raznovrstnih togih in podajnih lovilnih ograj. Omenjene ukrepe je možno primerno vklopiti v okolje, kar nam kažejo primeri uspešno izvedenih del v Sloveniji. Varovalne ukrepe pred padajočim kamenjem je možno kombinirati z ukrepi za zaščito pred snežnimi plazovi. Ključne besede: porušitvena erozija, sekundarni varstveni ukrep, varovalna mreža, lovilna ograja. Abstract: Zemljič, M., Horvat, A.: Modern Protection Against Rockfall Erosion. Gozdarski vestnik, No. 4/1999. ln Slovene, lit. quot 1 O. Translated into English by Aleš Horvat. Rockfalls often enda.ng.er safety of buildings, road and raHway traffic. Proper design and protection of bu-ildings and traffic lines are therefore very important. The principles of protection against rockfall depend on the degree of rockfall hazard. It is often suitable to design a road deviation or to ensure proper secondary protection with adequately designed road gallery, when dealing with rockfalls of great dimensions. The secondary protection technique depends on the size and location of the rockfall, and on the technical possibilities, and ecological suitability of rockfall protective measures, with rockfalls of medium dimensions. Slopes are covered with normal or reinforced protection hexagonal meshes, and various rigid and flexible rockfall protection barriers are also used. lfis possible to incorporate rockfall protective measures well into the environment as seen from successully executed works in Slovenia. Rockfall protective measures can be combined with those of snow avalanches. Key words: rockfall eroslon, secondary protective measure, rockfall protection mesh, rockfall protection barrier. 1 UVOD 1 NTRODUCTl ON Kamniti zruški, zlasti pa skalni podari in podari hriba so v Sloveniji bolj ali manj tipični za alpski svet, zgrajen iz karbonatnih sedimentov, ob čemer pa se pogosteje pojavljajo v morfološke izpostavljenih, tektonsko prizadetih in seizmično aktivnejših območjih. V sredogorju je intenzivnost nastopanja porušitvene erozije zaradi ugodnejših naravnih danosti manjša, vendar se vseeno pogosto srečujemo s problematiko kamnitih in skalnih zruškov, predvsem zaradi ogrožanja prometnic in manj zaradi ogrožanja različnih stanovanjskih in gospodarskih objektov. 2 OPREDELITEV POJAVA 2 DETERMINATION OF THE PHENOMENA Pojem "padajoče kamenje" zajema strogo vzeto celoten pojav nekega skalnega, kamnitnega ali gruščnatega zrušenja, od sprostitve do odložitve. Po Redi ich-Terzaghi-Kampeju je vzrok padajočega kamenja (kot pri vseh talnih premikih) bodisi v neki spremembi razmerja sil (obremenitvena ali hidrostatična razmerja) pri nespremenjenem razmerju odporov (strukturna, GozdV 57 (1999) 4 * M. Z., univ. dipl. inž. gozd ., Podjetje za urejanje hudournikov d. d., Hajdrihova 28, 1001 Ljublja- na, SLO ** Mag. A. H., univ. dipL inž. gozd ., Biotehniška fakulteta, Od- delek za gozdarstvo in obnovljive gozdne vire, Večna pot 83, 1 000 Ljubljana, SLO; Podjetje za ure- janje hudournikov d. d., Hajdriho- va 28, 1 001 Ljubljana, SLO 207 Zemljič , M .. Horvat, A. : Sodobni nač i ni varstva pred porušitveno erozijo Preglednica 1: Definicije porušitev skalnih gmot (POISEL 1997) Table 1: Oefinition of the rockfa/1 (PO/SEL 1997) 208 torna in kohezijska razmerja) bodisi v spremembi razmerja odporov pri nespremenjeni igri delujočih sil. Učinkujoči dejavniki: Spremembe v razmerju sil zaradi: - neotektonike ali postglacialnih sproščanj - mehanskih sprememb napetosti zaradi porušitvenih dogodkov - sprememb napetosti zaradi procesov plazenja -temperaturnih nihanj - potresov - hidrostatičnih in hidrodinamičnih tlakov ter potiskov vode v razpokah -obremenitev in sprememb obremenitev (statičnih in dinamičnih) po drevesnih sestojih - za leden itev - antropogenih sprememb zaradi zasekov in obremenitev Spremembe v razmerju odporov zaradi: - preperevanja • mehansko-fizika/nega • kemično-mineraloškega • biološko-biokemičnega Oboje razmerij je v soodvisnosti od: - geometrija površja - zgradbe ločilnih ploskev, in sicer: • prostorske razporeditve • razsežnosti razpok • gostote razpok • oblike razpok Vsi različni vključeni vzroki in tudi vsi možni povodi so medsebojno tako prepleteni, da bi poizkus neke splošne klasifikacije padajočega kamenja predstavljal pravo nasilno dejanje. Temelji pojava padajočega kamenja z različnimi vzroki nastajanja in sprožili ležijo v mrežnem sistemu podtalja, tal, rastlinske odeje in atmosferi/ij. Nenehne spremembe v sistemu lahko bodisi povečujejo ali zmanjšujejo verjetnost sproženja. Navedene prostornine ustrezajo posameznim zrnom razbitin oz. skupni prostornin i. 0,01 m3 (ustreza ca. 20 cm-ski dolžini roba) Padanje kamenja ( equiva/ent of aprox. 20 cm of edge length) Stone fali 0,1 m3 (ustreza ca. 50 cm-ski dolžini roba) (equivafent of aprox. 50 cm of edge length) Paeanje skal 2m3 (ustreza ca. 150 cm-ski dolžini roba} Rock fali (equiyalent of aprox. 150 cm of edge /ength) SkaiAi p0dor 10.000 m3 (ustreza ca. 25 m-ski dolžini rosa) Bfeck fali (equivalent of aprox. 25m of edge length) Podor hriba Cliff fgf/ (Bergsturz Pri presoji neke ogroženosti zaradi padajočega kamenja oz. pri vpra- šanju morebitnih potrebnih varovalnih ukrepov je poleg območja rušenja odločilnega pomena sama pot padanja. Pri tem imata odločujoč vpliv na energijski potek in na potek poti padajočih klad poleg same njihove oblike predvsem geometrična konfiguracija in sestava podlage (dušenje, hrapa~ GozdV 57 (1999) 4 Zemljič , M., Horvat, A. : Sodobni načini varstva pred porušitveno erozijo vost itd .). Kinetična energija padajočih klad, ki izhaja iz potencialne energije v njihovem mirovanju, se tako v splošnem manjša in končno, ko klada obleži, povsem zreducira. Morebitni varovalni ukrepi na poti padanja morajo tako upoštevati sproščeno kin etično energijo s privzetkom zadostne funkci- onalne višine (poskakujoče klade!) (NEUSCHMID 1996). Sproščena energija pri prostem padu Masa 1 Mass Value 0f released energy Višina 1 Height by free-fafl E= 50 kNm = 500 kg z viši ne 1 O m 1 500 kg from 1 O m of heigth E= 250 kNm = 500 kg z višine 50 m 1 500 kg from 50 m of heigth Preglednica 2: Okviren prikaz veli- kostnega reda sproščene kinetične energije pri prostem padu Table 2: Approximate value of released kinetic energy by free-fali Velikost skale iz apnenca Dimension of limestone rock 0,25 m3 0,25 m3 E= 500 kNm = 1.000 kg z višine 50 m 1 1,000 kg from 50 m of heigth 0,50 m3 E= 1.000 kNm = 2.000 kg z višine 50 m 1 2,000 kg from 50 m of heigth 1 ,OO m3 E= 2.000 kNm = 4.000 kg z višine 50 m J 4,000 kg from 50 m of heigth 2,00 m3 E= 2.500 kNm = 5.000 kg z višine 50 m /5,000 kg from 50 m of heigth 2,50 m3 3 PRINCIPI VARSTVA PRED PORUŠITVENO EROZIJO 3 PROTECTION PRINCIPLES AGAINST ROCKFALL EROSION V principu delimo varstvo pred porušitveno erozijo na aktivno in pasivno varstvo. Aktivno varstvo sestavljajo ukrepi primarnega in sekundarnega varo- vanja (ANGERER 1995). Primarno varovanje izvajamo na mestu nastanka porušitev. Uporabljamo lahko naslednje ukrepe: -biološko varovanje; čiščenje brežin, sekanje drevnine - gradbenotehnična varovanja - odvodnjavanje - podporne in oporne zidove - kamnite zložbe in žične košare - torkretiranje - sidranje in mozničenje -slope - lesene kašte - prekrivanje z mrežami GozdV 57 (1999) 4 Slika 1: Zaščitni ukrepi pred padanjem skal ob AC Hrušica- Vrba: podaj ne lovilne ograje (Foto: D. Durjava) Figure 1: Protection measures against rockfa/1 on Hrušica - Vrba highway; flexible rockfa/1 protec- tion barriers (Photo: D. Ourjava) 209 210 A.: Sodobni načini varstva Sekundarna varovanje uporabljamo na poti porušitev, ko so se le-te že sprožile. Uporabimo lahko naslednje ukrepe: - zaustavljalne zidove - zaustavljalne pregrade - lovilne varovalne ograje - viseče varovalne mreže - galerije in tunele -biološke ukrepe Pasivni varovalni ukrepi obsegajo: - opuščanje rabe s porušitvami ogroženih površin s primarnim prostorskim načrtovanjem (načrtovanje namembnosti površin, prepoved gradnje na ogroženih površinah, določanje s porušitvami ogroženih površin) - izdelavo prostorskih in gradbenih strokovno-pravnih pogojev - zaporo prometnic -evakuacijo - preselitve z ogroženih območij 4 SEKUNDARNO VAROVANJE PRED PORUŠITVENO EROZIJO 4 SECONDARY PROTECTION FROM ROCKFALL EROSION Za zagotavljanje ustreznega varstva objektov ob porušitvi je potrebna objekte in zlasti prometnice, ki potekajo po hribovitem in goratem svetu, načrtovati tako, da se čimbolj izognejo nevarnosti parušitve skalnih gmot, kijo pogojujejo zlasti geološke pa tudi vegetacijske razmere. Na lokacijah, kjer se taki nevarnosti ne moremo izogniti, pa moramo izvesti primerno sekundarno varovanje pred porušitvami skalnih gmot. Način zaščite je odvisen od velikosti in jakosti kamninsKega podiranja. Na zaustavljanje in vezanje s porušitveno erozijo sproženih skal in kamenja ima zelo velik vpliv tudi gozd. Gozdno rastje na pobočjih marsikje bistveno zmanjšuje ogroženost prometnic in različnih objektov v dolinah. Francoska študija (CHAUVIN 1 RENA UD 1996) je z uporabo stohastične metode poskušala s kvantitativnimi rezultati prikazati vpliv gozda na zaščito cest v primeru sprožitve kamnitih zruškov na območju ceste k smučarskemu središču Val d'lsere. Simulacija je pokazala, da ima gozd zelo pomemben vpliv na razdalja, na kateri se padajoč kamnit zrušek ustavi. Po fiktivni odstranitvi gozda se je namreč delež kamnitih zruškov, ki so dospeli do ceste, povzpel z 18 na 71 %, kar dodatno dokazuje izjemno pomembnost varovalne funkcije gorskih gozdov. Seveda pa se maramo zavedati, da gozd pri podorih večjih dimenzij nima praktično nobenega vpliva na njihova dinamiko in zaustavljanje. 4.1 Zaščita pred skalnimi podori in podori hriba 4.1 Protection from block falls and from cliff falls (Bergsturz) Pri zaščiti prometnic pred zelo razsežnimi skalni mi podari in podari hriba je le malo dolgoročno smotrnih ukrepov. Kjer je to prostorsko možna ter ekonomsko upravičeno, je smotrno razmišljati o preložitvi prometnice iz ogroženega sveta. Druga možnost pa je izvedba galerije, ki je primerna v zelo neugodnih razmerah, ko imamo opraviti s krušljivastjo na zelo obsežnem pobočju, in pri reševanju problematike večjih skalnih podorov. Galerije, ki ščitijo pred večjimi skalnimi poderi, naj bodo prekrite z zadostnim slojem preperin za zagotavljanje zaščite objekta pred dinamičnimi udarci padajočih skal. GozdV 57 (1999) 4 Zemljič , M., Horvat, A. : Sodobni načini varstva pred porušitveno erozijo 4.2 Zaščita pred padanjem skal 4.2 Protection from rockfall Zaščito pred manjšimi padajočimi skalami zagotavljamo s togimi in podajnimi lovilnimi ograjami ter z zaustavljalnimi zidovi in pregradami, ki morajo biti dimenzionirani za dinamične pritiske padajočih skal. Toge lovilne ograje so uporabne zgolj za lovljenje manjših kotalečih se kamnov. če padajoče kamenje pridobi večjo energijo, ki je toge lovilne ograje ne morejo prevzeti , pride do poškodovanja varovalnih objektov in posledično do ogrožanja hiš in prometnic. Podaj ne lovilne ograje so sorazmerno dragi objekti, vendar zelo primerni za zaščito pred manjšimi padajočimi skalami. Kombinirati jih je možno tudi z zaščito pred snežnimi plazovi. Zaželeno je, da so konstruirani tako, da omogočajo dostop za odstranjevanje ulovljenih skal. Podajne lovilne ograje sestavljajo gibljivi jekleni nosilci, členkasto po- vezani s temeljnimi s id ri, v zgornjem delu pa sidrani z jeklenimi napenjalnimi pletenicami, ki imajo vgrajene posebne dinamične zavore. Tako zasnovana konstrukcija s svojim nihanjem prenese precejšen del dinamičnih obre- menitev, ki jih povzročajo padajoče skale. Zaradi nekajkrat večje kompen- zacije dinamičnih pritiskov ima zlasti v težavnejših razmerah prednost uporaba podajnih lovilnih ograj pred togimi. Pri podajnih lovilnih ograjah je konstrukcija prekrita z mrežo iz jeklenih pletenic, ki so pri manjših obremenitvah prepletene kot diagonalna mreža s posebnimi fleksibilnimi spojnimi elementi, pri večjih obremenitvah pa kot obročasta mreža. Glede na zahtevnost konstrukcije lahko podajne lovilne ograje prestrežejo od 75 kJ do prek 2.000 kJ dinamične obremenitve. 4.3 Zaščita pred padajočim kamenjem 4.3 Protection from stone falls Zaščito pred padajočim kamenjem lahko izvajamo z visečimi varovalnimi mrežami, z zaustavljalnimi zidovi in pregradami ter z lovilnimi varovalnimi ograjami. zgornja nosilna vrv upper support rope GozdV 57 (1999) 4 \ mreža iz jeklenih pletenic ring net protiudarna vrv z zavornim elementom upslope anchor rope with brakering spodnja nosilna vrv downslope anchor rope Slika 2: Podajna lovilna ograja {Risal M. Plešnar) Figure 2: Flexible rockfa/1 protec- tion barrier (Drawing by M. Plešnar) sidro iz jel