3.2. Типи ґрунтів, властивості та класифікація.

3.2.1 Умови утворення ґрунтів. Фізичні властивості.

Знання умов утворення ґрунтів та їх властивостей дозволяє якісніше та надійніше виконувати інженерно-геологічні вишукування для різних видів будівництва.

Ґрунт – це будь-яка гірська порода, що являє собою багатокомпонентну систему, яка змінюється з часом і використовується як основа, середовище або матеріал для зведення будівель і споруд.

Відомо, що гірські породи літосфери не зберігають свого первинного стану, а постійно змінюються під дією фізичних та хімічних чинників (процес вивітрювання). Відбувається їх подрібнення, розпушування, перенесення водою та вітром.

За походженням (генезисом) гірські породи бувають магматичними, метаморфічними, осадовими та штучними. Магматичні (вивержені) породи утворились внаслідок охолодження і кристалізації магми в надрах землі (інтрузивні, глибинні) та на поверхні (ефузивні, поверхневі). Через те, що умови охолодження різні, в першому випадку відбувається повна розкристалізація магми і утворюються щільні масивні породи типу граніту, габро та ін. У другому випадку формування порід відбувається в умовах низького тиску і температури, при швидкому охолодженні та виділенні газів, що призводить до утворення порід з великою кількістю аморфного скла, часто з великою пористістю (пемза, лава та ін.). Осадові породи, що утворилися внаслідок руйнування (вивітрювання) гірських порід і осідання продуктів вивітрювання із води або повітря, поділяються на зцементовані (уламкові, хімічні та біохімічні скельні ґрунти) та незцементовані (нескельні ґрунти) континентального і морського походження. Метаморфічні породи – це перетворені (змінені) під дією високих температур, високого тиску та хімічно-активних речовин, магматичні та осадові породи.

Ґрунти є переважно трьохфазними системами, вони складені твердими мінеральними частками, пори між якими заповнені водою та газами. Будівельні властивості ґрунтів визначаються мінералогічним та гранулометричним складом, структурою, текстурою та їх станом в умовах природного залягання. За складом виділяють 4 групи природних утворень:

1. первинні мінерали (кварц, шпати...) ;

2. пилувато-глинисті (вторинні) мінерали, солі (карбонати, сульфати...);

3. органо-мінеральні сполуки;

4. органічні сполуки.

Властивості ґрунтів залежать у значній мірі від їх внутрішньої будови та складу в масиві, тобто, структури та текстури. Структура – це особливості будови ґрунту, зумовлені розміром та формою часток, характером їх поверхні , кількісним співвідношенням складових частин (мінералів і т.п.) та характером їх взаємодії. Розрізняють 2 види (основних) структурних зв’язків: кристалізаційні (жорсткі, крихкі, незворотні) та водоколоїдні (м’які, в’язкопластичні, зворотні).

Текстура – це просторове розміщення елементів ґрунту з різним складом та властивостями. Розрізняють зливну текстуру (щільну) в скельних ґрунтах, складну та шарувату в нескельних.

При інженерно-геологічних вишукуваннях відносно збереження природної структури та текстури ґрунтів визначають умови непорушеного та порушеного стану.

Для нескельних подрібнених (дисперсних) ґрунтів важливою характеристикою є щільність . Розрізняють види щільності:

- щільність часток ґрунту –відношення маси сухого ґрунту (без маси води в порах) до об’єму твердих часток ґрунту;

- щільність сухого ґрунту - відношення маси сухого ґрунту (виключаючи масу води в порах) до об’єму цього ґрунту (з урахуванням об’єму пор);

- щільність ґрунту у природному стані - відношення маси ґрунту (включаючи масу води в порах) до загального об’єму ґрунту. Щільність часток піщаних ґрунтів дорівнює 2,65…2,67 г/см , пилувато-глинистих 2,68...2,76 г/см

При інженерних вишукуваннях щільність ґрунтів визначають шляхом добору проб непорушеного стану та подальшого дослідження в лабораторних умовах.

В польових умовах щільність ґрунту визначається зондуванням та радіоізотопними методами, а для грубоуламкових – штамповим методом.

Щільність (ступінь ущільненості) характеризується пористістю „n” – відношенням об’єму пор (які займає вода та газ) до об’єму ґрунту, або коефіцієнтом пористості „е” – відношенням об’єму пор до об’єму твердих часток.

Природна вологість „w” ґрунтів визначається шляхом висушування проб ґрунту при температурі 105 С до постійної маси. Відношення різниці мас до та після висушування до маси абсолютно сухого ґрунту дає значення вологості (у відсотках або в долях одиниці). Відношення природної вологості до вологості ґрунту у стані повного водонасичення називається інтенсивністю (ступенем) вологості „ Sr”. Вологість піщаних ґрунтів змінюється в незначній мірі і практично не впливає на механічні властивості ґрунтів.

Показники пластичності пилувато-глинистих ґрунтів залежать від вологості на межі текучості та розкочування Wp і характеризують ґрунт відповідно на межі між пластичним і текучим та між твердим і пластичним станом. Різниця між цими показниками називається числом пластичності „ ”, за яким визначають вид пилувато-глинистих ґрунтів (супісок, суглинок, глина). Стан зв’язного ґрунту в залежності від його вологості визначається показником текучості:

, або

Високі значення показників та властиві для ґрунтів з великим вмістом глинистих часток.