9.1 Природа ґрунтів та їх склад

Під ґрунтами (нім. ”Grund”- основа) розуміють будь-яку гірську породу, що змінюється з часом і використовується як основа, середовище або матеріал для зведення будинків та інженерних споруд. Як правило, це верхня частина земної кори, яка складена осадовими гірськими породами того чи іншого походження.

Відповідно до нормативних документів у залежності від характеру структурних зв'язків, походження, умов утворення, складу та будівельних властивостей ґрунти поділяються на два класи.

Скельні - ґрунти з жорсткими (кристалізаційними або цементаційними) зв'язками між зернами (міцність зв'язків одного порядку з міцністю самих зерен).

До скельних відносяться магматичні (граніти, діорити, сієніти та ін.), метаморфічні (гнейси, кварцити, кристалічні сланці та ін.), осадові зцементовані (конгломерати, брекчії, піщаники та ін.) і штучні (закріплені) ґрунти.

Нескельні - ґрунти пухкі, без жорстких структурних зв'язків.

Оскільки нескельні ґрунти найбільш розповсюджені, в подальшому будемо розглядати саме їхні властивості і під терміном грунт розуміти грунт пухкий.

Ґрунти - багатокомпонентна система, в склад якої входять: тверді мінеральні частинки, вода в різних станах, газоподібні включення (повітря). Проміжки між мінеральними частинками, частково або повністю заповнені водою або газами, називаються порами.

Пухкі ґрунти можна поділити на дві групи: сипучі (крупноуламкові та піщані) і зв'язні (глинисті). Піщані ґрунти складаються переважно із піщаних частинок, а глинисті містять ту чи іншу кількість глинистих частинок. Глинисті частинки здатні утримувати навколо своєї поверхні воду. Саме ця властивість зумовлює ряд особливостей глинистих ґрунтів у порівнянні з піщаними. Піщані ґрунти можуть містити тільки кристалізаційну, капілярну та гравітаційну воду. Глинисті ж ґрунти містять усі види води, включаючи і зв'язну.

Найбільш важливі відмінності піщаних ґрунтів від глинистих.

Піщані ґрунти 1.Кількість вологи в порах не більше 0,4 за вагою. 2.Непластичні. 3.Не схильні до набухання. 4.Володіють фільтраційною здатністю. 5.Стискуються швидко і не значно.

Глинисті ґрунти 1.Вологість до декількох одиниць. 2.Володіють пластичними властивостями. 3.При зволоженні набухають, а при висиханні дають зсідання. 4.Маловодопроникні або водоупори. 5.Сильно стискуються, деформації протікають повільно.

Зв'язки між глинистими частинками також зумовлені наявністю фізично зв'язної води. На сьогодні в механіці ґрунтів розповсюджена фізико-хімічна теорія зв'язків ґрунтів. Відповідно до цієї теорії зв'язки між частинками в ґрунтах поділяються на такі:

1. Капілярні (сили натягу менісків). Притаманні піщаним, пилуватим і частково глинистим ґрунтам.

2. Структурні зв'язки:

- водно-колоїдні, які забезпечуються плівками води і колоїдними оболонками; величина цих зв'язків залежить від товщини плівок та оболонок; чим товстіша водно-колоїдна оболонка, тим зв'язки будуть меншими (у водонасиченних ґрунтах), оскільки із зменшенням товщини оболонки збільшується молекулярне притягання діполів зв'язної води; зв'язки є в'язкопластичними, м'якими, зворотними; притаманні глинистим ґрунтам;

- кристалізаційні, які викликані цементацією ґрунту солями; вони міцні, ламкі і незворотні, можуть бути у всіх видів ґрунтів.