Тема 5. Класифікація та властивості інженерних ґрунтів

Інженерна геологія розглядає всі гірські породи як інженерні ґрунти, маючи на увазі їх як основний об'єкт інженерного впливу та оцінюючи їх з позицій господарського використання, насамперед у будівництві. З огляду на необхідність уникнення плутанини із звичним значенням цього терміну, що в українській мові відповідає російському "почва", ми у цьому розділі умовно вживатимемо термін "інженерний ґрунт" виключно в інженерному розумінні, при якому і сама "почва" розглядається як один з різновидів інженерних ґрунтів. В цілому можна сказати, що будь-яка гірська порода, яка є об’єктом діяльності людини називається інженерним ґрунтом.

Властивості інженерних ґрунтів поділяються на водні і механічні. Важливим їх атрибутом також є щільність і пористість.

5.1. Водні властивості інженерних ґрунтів

Водні властивості визначають відношення ґрунтів до води - їх стійкість у водному середовищі, здатність пропускати і віддавати воду тощо.

Водостійкість - це здатність інженерного ґрунту зберігати або втрачати свої властивості за час перебування у водному середовищі. виділяють водонестійкі ґрунти, які у воді розмокають і протягом дуже нетривалого часу (десятки хвилин) перетворюються на безформну піщано-глинисту масу (леси), середньоводостійкі ґрунти, що руйнуються у воді протягом кількох годин або діб, та водостійкі ґрунти, які зберігають свої основні властивості, перебуваючи у водному середовищі десятки діб, місяці і навіть роки (при цьому слід враховувати, що повністю водостійких порід практично не існує - навіть найміцніші магматичні та метаморфічні породи поступово втрачають стійкість у воді).

Окремим випадком водостійкості є набухання глин у воді, зумовлене здатністю глинистих ґрунтів засвоювати вологу (наявність дрібнодисперсних глинистих частинок). Набухання призводить до відчутного зростання об'єму ґрунту (в окремих різновидів глин - на 25-39%), при чому утворюється сила набухання, що сягає 10-11 кг/см². Зворотний процес, тобто зменшення об'єму глин при висиханні, називають усадкою (при цьому теж відбувається деформація ґрунту, його розтріскування, лущення і зрештою - руйнування).

Вологоємкість ґрунтів визначає їх здатність вміщувати і утримувати певну кількість води. Розрізняють грунти вологоємкі (глини, суглинки), середньовологоємкі (супіски, пилуваті та дрібні піски) та невологоємкі (середні, крупні, гравелисті піски, гравій тощо).

Для вологоємких порід визначають вологоємкість повну (всі пори ґрунту заповнені водою), капілярну (водою заповнені не всі, а лише капілярні порожнини) і молекулярну або найменшу (у породі утримується лише вода у фізично зв'язаному стані, яка не заповнює порожнин, а утримується силами притягування навколо окремих частинок ґрунту; при цьому найбільша кількість води, яка може утримуватися у фізично зв'язаному стані, відповідає максимальній молекулярній вологоємкості.

Для невологоємких ґрунтів характерним показником є водовіддача, тобто, здатність насичених водою ґрунтів віддавати частину води шляхом вільного стікання (зрозуміло, що стікати не може вода, яка утримується силами капілярного натяжіння та силами притягування частинками). Водовіддача невологоємких порід змінюється від 30-50% (пилуваті піски) до 95-98% (гравій, грубі піски).

Водопроникність - це здатність ґрунту пропускати (фільтрувати) через себе воду під дією гідравлічного напору. Водопроникність будь-яких ґрунтів залежить, передусім, від їх пористості (у скельних ґрунтів - від ефективної тріщинуватості, тобто, від наявності взаємопов'язаної системи тріщин).

У звичайних умовах сильно водопроникними ґрунтами є крупноуламкові (галька, щебінь,гравій) та деякі середньоуламкові породи (гравелисті, крупні піски), водопроникними - піски середні і дрібні, слабо водопроникними - пилуваті піски та супіски. Що ж стосується суглинків, і особливо глин, то вони майже завжди водонепроникні (водотривкі). Кількісним показником водопроникності порід виступає коефіцієнт фільтрації (К_ф), під яким у гідрогеології розуміють швидкість фільтрації (V_ф) при гідравлічному градієнті (І), що дорівнює одиниці.

Самостійне значення в інженерній геології має оцінка розчинності ґрунтів, з якою пов'язується утворення карстових форм рельєфу. Деякі гірські породи - галогени (кам'яна сіль), карбонати (вапняки, крейда), сульфати (гіпс, ангідрит) - легко розчинюються під дією підземних вод, що фільтруються через їх тріщинувату товщу. При цьому тріщини розширюються, часто утворюючи підземні порожнини (печери та ін.), склепіння яких з часом обва-люється, формуючи на поверхні своєрідні карстові форми рельєфу - провалля, лійки тощо. Ступінь розчинності, поряд з особливостями будови і складу ґрунтів, значною мірою залежить від хімізму, темпе-ратури і швидкості руху підземних вод.