1.Поняття «грунт». Фази грунту.

Грунт - багатофазне полідисперсне природне тіло, яке складається з однорідних за складом матеріальних комплексів, які входять до складу системи і мають границю поділу між ними. В грунті розрізняють чотири фази: тверду, рідку, газоподібну, живу (біофаза).

Тверда фаза грунту – це його основа (матриця), яка формується в процесі ґрунтоутворення з материнської гірської породи, у значній мірі зберігає її склад і властивості. Це полідисперсна і полікомпонентна система, що утворює твердий каркас грунту. Вона складається з первинних і вторинних мінералів, органічних залишків, частково розкладених і перетворених у гумус. Показниками, які характеризують тверду фазу, а як наслідок, і грунт, є гранулометричний (механічний), хімічний, мінералогічний склад, складення, структура і пористість.

Рідка фаза грунту (грунтовий розчин) - це вода в грунті з розчиненими мінеральними і органічними сполуками. Це динамічна фаза, яка має дуже важливе значення для ґрунтоутворення. Під її впливом відбуваються майже всі елементарні грунтові процеси. Стан і властивості грунтового розчину залежать від водно-фізичних властивостей грунту та балансу грунтової вологи. Рідка фаза є основним фактором диференціації грунтового профілю на горизонти в результаті переміщення розчинів у вертикальному і горизонтальному напрямках.

Газова фаза грунту– це грунтове повітря, яке заповнює вільні від води пори. У зв’язку з біологічним процесом склад грунтового повітря відрізняється від атмосферного. Рідка і газова фази є антагоністами, тому перебувають в динамічній рівновазі. Чим більше вологи в грунті, тим менше повітря, і навпаки.

Жива фаза грунту – це сукупність організмів, які населяють грунт і беруть участь у грунтоутворенні. До складу грунтової біоти входять бактерії, актиноміцети, гриби, водорості, тварини, а також кореневі системи живих рослин. Всі ці організми об’єднані в «живу» фазу умовно, так як їх організми теж складаються з твердої, рідкої і газової фази.

Завдяки тісному взаємозв’язку між фазами грунт функціонує як єдина система. Співвідношення між об’ємами і масами твердої, рідкої та газоподібної фаз визначає умови прояву грунтової родючості, що залежить від грунтових, кліматичних умов і характеру рослинності. Ідеальні екологічні умови створюються, коли об’єм твердої фази грунту складає 50%, а рідкої і газової – по 25% відповідно.фі

2.Будівельна класифікація грунтів.

Класи грунтів: природні; штучні(насипні, намивні, перевідкладені); мерзлі

Всі природнігрунти, що застосовуються в будівництві, діляться на дві групи: скельні і нескельні(дисперсні). До скельнихгрунтів відносять масивно-кристалічні або зцементовані гірські породи з твердою, зв'язком між зернами. За походженням скельні грунти бувають вивержені і осадові.

Наявність жорстких зв'язків у скельних грунтах надає їм монолітність, особливо позитивне, якість для підстав, так як споруди, зведені на таких грунтах, не дають опади. До нескельнихгрунтів відносять незцементовані скупчення мінеральних часток, що утворилися в результаті фізичного та хімічного вивітрювання. Оскільки земляні греблі зводять з нескельних грунтів, а поряд з цим вони в більшості випадків є і підставою, особливо необхідно знати їх фізико-механічні властивості.

Нескельні грунти являють собою агрегатну систему, що складається з трьох основних частин, які прийнято називати фазами. Цими фазами є: мінеральна частина, що утворює грунтовий скелет (тверда фаза), вода, частково або повністю заповнює пори грунту (рідка фаза), і повітря, що заповнює пори грунтового скелета (газоподібна фаза).

Скельні грунти поділяються на: магматичні (ефузивні, інтрузивні); метаморфічні; осадовізцементовані; напівскельні (ефузивні, осадові).

Нескельні діляться на: зв’язні (осадові) - глинисті; незв’язні (осадові) – піски, великоуламкові грунти.

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.

Виділяють такі різновиди великоуламкових та піщаних ґрунтів за ступенем вологості:

1. Маловологі 0 <Sr 0,5;

2. вологі 0,5 <Sr 0,8;

3. насичені водою 0,8 <Sr1

Для класифікації глинистих ґрунтів, крім зернового складу, використовується показник текучості, котрий показує стан ґрунту за пластичністю. Виділяють такі різновиди глинистих ґрунтів за показником текучості:

Супіски:

1. тверді ІL < 0;

2. пластичні 0 ІL 1;

3. текучі ІL > 1;

Суглинки та глини:

1. тверді ІL < 0;

2. напівтверді 0 ІL 0,25;

3. тугопластичні 0,25 ІL 0,50;

4. м'якопластичні 0,50 ІL 0,75;

5. текучопластичні 0,75 IL 1;

6. текучі ІL > 1.

3. Основними фізико-механічними (реологічними) властивостями грунту є липкість, пластичність, набухання й усадка. Усі вони залежатьвідумісту в грунтіглинистихмінералів.

Пластичність – здатність грунту змінювати свою форму підвпливом будь-якоїзовнішньоїсили без порушеннясуцільності та зберігати свою форму післязнешкодженнявпливузовнішньоїсили. Цявластивістьзумовленанаявністю в грунтімулистоїфракції.

Сухий грунт не володієпластичністю. Пластичністьзростає при збільшеннівмістуобмінногонатрію та зменшується при насиченні грунту катіонамикальцію, магнію та гумусовимиречовинами.

Липкість – здатністьвологого грунту прилипати до іншихтіл. Визначається силою, що треба прикласти для відривуметалічноїпластинивід грунту, і виражається в г/см кв.

Залежитьвід тих же факторів, що і пластичність. Обміннікатіони та гумус на явищелипкостівпливаютьаналогічно.

Набухання – збільшенняоб'єму грунту при зволоженні. Зумовленесорбцієювологигрунтовимичастинками й гідратацієюобміннихкатіонів.

Залежитьвідмінералогічного складу та складу колоїдів і обміннихкатіонів. Найвищаздатність до набуханнявстановлена у грунтів, багатих на монтморилоніт та вермикуліт, найменша – у збагаченихкаолінітом. Сильно набухаютьгрунти, насиченінатрієм.

Усадка – зменшенняоб'єму грунту при йоговисиханні.

Усадка – явище, протилежне до набухання, тому залежитьвід тих же факторів. Сильна усадка призводить до утвореннякрупнихтріщин, розривукореневих систем, зростаннявипаровування з поверхні грунту. Пластичність, липкість, сильна усадка та набухання – негативніфізико-механічнівластивостігрунтів. До механічнихвластивостейгрунтів належать такожтвердість, зв'язність і питомийопір.

4.Вологоємність грунту — величина, що кількісно характеризує водоутримуючу здатність грунту; здатність грунту поглинати і утримувати в собі від стікання певну кількість вологи під дією капілярних і сорбційних сил. В залежності від умов, що утримують вологу в грунті, розрізняють кілька видів вологоємкості грунту: максимальну адсорбційну, капілярну, найменшу та повну.

Методи вимірювання вологості ґрунту

Гравіметричний метод ґрунтується на визначенні маси води та маси сухого ґрунту. Зразок ґрунту нагрівають до 105оС до отримання сталої ваги. Процес триває 10...12 год. Вологість ґрунту визначають як відношення маси втраченої води до маси сухого ґрунту. Перевагою методу є можливість брати зразки безпосередньо з ґрунту за допомогою бура, простота процесу обчислень, невисока вартість обладнання. До недоліків слід віднести складність визначення води в ґрунті з неоднорідним профілем, потреба у багатьох зразках при дослідженнях залежності вмісту води від часу та простору, довготривалість методу.

Нейтронний метод використовує оцінку послаблення потоку швидких нейтронів атомами водню, що містяться в ґрунтовій воді. Металевий зонд діаметром близько 40 мм, що містить джерело швидких нейтронів і детектор повільних нейтронів, занурюють у грунт. Швидкі нейтрони поширюються радіально в ґрунті. Внаслідок пружних зіткнень з ядрами речовини ґрунту вони втрачають свою кінетичну енергію. При цьому, рівень послаблення швидких нейтронів пропорційний кількості атомів водню, істотним джерелом яких є ґрунтова вода. Повільні нейтрони оточують зонд, деякі з них потрапляють на детектор. Сигнал з виходу детектора через кабель подається на систему реєстрації.

Вимірювання поглинання гамма-випромінювання. Метод передбачає визначення вологості ґрунту у шарах товщиною 1...2 см. Принцип методу полягає в оцінці залежності рівня поглинання гамма-випромінювання від вмісту ґрунтової води за умови постійності густини ґрунту. Потік випромінювання діаметром близько 4,8 мм формується коліматором. Об’ємну вологість ґрунту визначають розрахунковим методом.

Діелектричний метод ґрунтується на вимірюванні частотної залежності комплексної діелектричної проникності ґрунту.

Діелектрична проникність речовини характеризує поляризацію діелектриків під впливом зовнішнього електричного поля. Вона показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами у вакуумі перевищує силу взаємодії між тими ж зарядами в даному середовищі. Через екранізацію вільних зарядів зв’язаними, що утворюються внаслідок поляризації середовища, виникає ослаблення взаємодії зарядів. Діелектрична проникність води є майже сталою величиною (близько 80), тоді як діелектрична проникність ґрунту дуже чутлива до об’ємної вологості ґрунту. Наприклад, зміні вмісту води у ґрунті від 20% до 21,8% відповідає зміна діелектричної проникності ґрунту від 3 до 5.

5.Щільністю ґрунту називається відношення маси ґрунту (включаючи масу води в його порах) до об'єму, який займає цей ґрунт. Визначається щільність на зразках з непорушеною структурою і природною вологістю:

Для визначення щільності піщано-глинистих ґрунтів найчастіше використовують метод ріжучих кілець та метод парафінування. Для більшості дисперсних ґрунтів щільність змінюється в межах 1,5–2,2 г/см3

6.Для яких характеристик грунту потрібні моноліти. Що таке моноліт грунту. Моноліт - зразок гірської породи або грунту, вирізаний великим куском. Для вивчення в лабораторних умовах властивостей грунтів, що складають основу, на будівельному майданчику в процесі інженерно-геологічних вишукувань відбирають зразки грунтів як природної, так і порушеної структури. Зразки грунту природної (непорушеної) структури – це проби з цілковитим збереженням цілісності, внутрішніх структурних зв'язків і природної вологості, відповідних умовам залягання в масиві основи. При руйнуванні структурних зв'язків між частками проба грунту матиме порушену структуру. Відбір, упаковка, транспортування і зберігання зразків відбувається згідно ГОСТ 12071-2000 Відбір зразків грунту порушеного або непорушеного складання (монолітів) слід здійснювати залежно від властивостей грунту і цільового призначення інженерно-геологічних робіт. Зразки грунту відбирають із зачищених забою і стінок гірничих вироблень (шурфів, котлованів, бурових свердловин і тому подібне), природних і штучних оголень і дна акваторій. Моноліти відразу після відбору мають бути орієнтовані (відзначають верх моноліту). Розміри зразків і їх число мають бути достатніми для виконання необхідного комплексу лабораторних робіт за визначенням складу, стану і властивостей грунту і відповідати вимогам відповідних стандартів на методи визначення характеристик грунтів. Для упаковки монолітів тару слід виготовляти з корозійностійких матеріалів (парафінований папір, пластмаса і тому подібне). Для ізоляції монолітів застосовують парафін нафтовий марки НВ 56-58 по ГОСТ 23683 з добавкою 35-50 % (по масі) гудрону, марлю, ізоляційну стрічку. При обробці результатів випробувань обчислюють з точністю: 1. 0,01 г/см – щільність грунту 2. 0,1% – вологість до 30% включно 3. 1% – вологість 30% і вище 4. 1° – кут внутрішнього тертя 5. 1 кПа – питоме зчеплення 6. 0,01 мм – абсолютну вертикальну деформацію зразка 7. 0,001 – відносну вертикальну деформацію зразка 8. 0,001 – відносну об'ємну деформацію зразка

7. Пластичність – здатність грунту змінювати свою форму під впливом будь-якої зовнішньої сили без порушення суцільності та зберігати свою форму після знешкодження впливу зовнішньої сили.  Консистенція - це поняття взагалі характеризує опір течії в'язких матеріалів у глинистих грунтах, цей опір залежить від консистенції, яка в свою чергу залежить від вологості. Існує 3 форми: тверда, пластична, текуча.  Консистенцію грунту природної вологості характеризують показником текучості: W - природна вологість грунту; При зміні вологості від Wp до Wl грунт знаходиться у пластичному стані. Wp — визначається методом розкочуванная 10-20 г грунту з наступним його висушуванням і зважуванням(звичайна вологість). Wl — визначається шляхом занурення балансового конуса Васильова з подальшим зважуванням і висушуванням і визначенням вологості (остаточна). Визначаємо вид глинистого грунта: супісок, суглинок, глина  Число платсичності: Il=Wl-Wp Твердий стан — <1 Пластичній — 0-1 Текучий — >1  Стан глинистих грунтів: Il  0,25-0,5 — напівтвердий 0,5-0,75 — тугопластичний 0,75-1 — м'якопластичний  >1 - текучопластичний

8. Набухання (набрякання) — властивість мінералів, зокрема глинистих порід збільшуватися в об'ємі внаслідок поглинання води. Найбільшу здатність до набухання звичайно мають глини та глинисті сланці.

9. Усадка – процес обернений набрякання і характерний тільки для глинистих грунтів, до складу яких входять мінерали бентонітової групи (ментморилоніт). При сильній усадці розриваються корні рослин, збільшуються витрати вологи. Чим більше набухання ґрунту, тим сильніше його усадка.

Під текстурою розуміють просторове розміщення часток:

- суцільне – шарувате – блочне - неоднорідне

Структура - цевідмінності (агрегати), на які може розпадатися ґрунт.

Агрегати складаються зі з’єднаних між собою механічних еле­ментів. Форми, розміри і якісний склад структурних відмінностей у різних ґрунтах і горизонтах неоднаковий. Розрізняють, за С.О.Захаровим, три основні типи структури, кожен з яких ділиться на дрібніші одиниці. Грунт може бути структурним і безструк­турним. При структурному стані маса ґрунту розділена на відмінності тієї чи іншої форми та величини. При безструктурному стан іокремі механічні елементи, що складають ґрунт, не з’єднані між собою, а існують окремо або залягають суцільною зцементованою масою.

Структурні відмінності в горизонті не бувають одного розміру і форми. Частіше структура буває змішаною, при описі зазначають це двома або трьома словами в послідовності зростання кількості відповідних агрегатів: грудкувато-зерниста, грудкувато-пластинчато-пилувата і т. ін.

Для різних генетичних горизонтів ґрунтів характерні певні фор­ми структури: грудкувата, зерниста - для дернових, гумусових го­ризонтів, пластинчато-лускувата - для елювіальних, горіхувата -для ілювіальних у сірих лісових ґрунтів тощо.