1. Природа грунтів і їх фізичні властивості

Природні ґрунти утворилися у результаті фізичного і хімі­чного звітрювання гірських порід. у процесі утворення ґрунтів і у подальших умовах існування залежно від зовнішніх умов формувалися їх властивості. Вік природних ґрунтів в більшості випадків (за винятком сучасних відкладень) значний і вимірюється тисячоліттями, мільйонами і сотнями мільйонів літ. За довгий час існування ґрунтів відбувалася багато­кратна зміна природної обстановки, пере відкладення, ущільнення під дією ваги нових покривних відкладень, ущільнення, ерозія іноді затоплення водою і при тектонічних підняттях нове осушення і т.п. Деякі ґрунти піддалися тиску могутніх шарів континентальних льодів, перенесенню льодом, водою, повітряними течіями і т.п. Усе це створює невідтворною штучно умови формування природних ґрунтів, визначальні особливості фізичних властивостей окремих їх видів. За довгий час існування порід можуть мати зна­чні і повільні фізико-хімічні процеси, що протікають у ґрунтах навіть з нікчемо малою швидкістю.

Це обумовлює необхідність розглядати при­родні ґрунти у взаємодії їх з навколишнім фізико-гео­логічним середовищем і з урахуванням безперервності змін їх властивостей, часто повільних, але іноді і швидко протікаючих.

За походженням і умовам формування ґрунти поділяються: 1) на континентальні відкладення: елювіальні (за­лягають у місці первинного їх виникнення); делювіальні (розташовані на схилах тієї ж піднесеності, де вони і виник­ли і переміщувані тільки під дією сили тяжіння і змиву атмос­ферними водами); алювіальні (переносимі водними потоками на зна­чні відстані і могутні шаруваті товщі твірних); льодяникові (в результаті; дії льодовиків) - глини валунів і суглинки (моренні); водно-льодовикові - піски і галечники; озерно-льодніко­ві - стрічкові глини, суглинки і пісковини, еолові (продукти фізи­чного звітрювання гірських порід пустельних областей, переносимі повітряними течіями) - лесові і піски дюн і барханів; 2) на морські відкладення: товщі дисперсних глин, органогенних грунтів-чоропашників і др.; органо-мінеральні утворення - іли, заторфовані ґрунти і т. п.; різні піски і галечники.

До складу природних ґрунтів входять найрізноманітніші елементи, які при розгляді можна об'єднати в три групи: 1- тверді мінеральні частинки; 2 - вода у різних видах і станах; 3 - газоподібні включення. Крім того до складу ґрунтів входять органічні і органо-мінеральні сполуки, також впливаючи на фізичні властивості цих ґрунтів, що буде розглянути у спеціальному розділі.

Тверді мінеральні частинки ґрунтів представ­ляють систему різноманітних формою, складу і розмірам (від декількох сантиметрів - галечники, до найдрібніших частинок колоїд­ного порядку, тобто менше 1 мкм - дисперсні глини) твердих міне­ральних зерен.

Істотним чинником у оцінці властивостей твердих ґрунтових частинок є їх мінералогічний склад. Одні мінерали (кварц, польовий шпат) менш активно взаємодіють з водою, оточуючі мінеральні частинки, інші (монтморилоніт) значно сильніше, причому і характер взаємодії їх буде іншим. Чим дрібніше частинки ґрунту, тим більше їх питома поверхня і більше виникає центрів взаємодії як з оточуючою тверді частинки водою, так і у контактах самих твердих частинок. Наприклад, частинки глинястого мінералу каоліну мають питому поверхню 10 м2/г, а монтморилоніту - 800 м2/г, тобто величезну поверхню, що виміряється сотнями квадратних метрів, що, поза сумнівом позначається і на властивостях природних ґрунтів, що містять частинки монтморилоніту. Наявність у ґрунті частинок слюди (дуже слизьких, з нікчемним, що чинять опір зсуву) також позначається на фізичних властивостях ґрунтів.

Усе крупноуламкові і піщані ґрунти за розмірами мінеральних частинок розділяються (по СНіП) на наступні види.

1. Крупноуламкові ґрунти (валуни, галечникові - при ока­таній формі частинок і щебенисті - при гострокутній) з вмістом частинок крупніше 2 мм більше 50% по вазі (по масі).

2. Піщані ґрунти із змістом частинок: крупніше 2 мм більше 25% по вазі (по масі) - гравелісті; крупніше 0,5 мм більше 50% по вазі (по масі) - грубозернисті; крупніше 0,25 мм більше 50% по вазі (по масі) - середнезернясті; крупніше 010 мм більше 75% по вазі (по масі) - дрібнозернисті; крупніше 0,10 мм менше 75% по вазі (по масі) - пилуваті. Піща­ні частинки при цьому приймають всі частинки розміром більше 0,05 мм, а за пилуваті - від 0,05 до 0,005 мм).

3. Глинясті ґрунти зважаючи на їх велику різноманітність по величині, формі і мінералогічному складу не розділяються на групи. До глинястих частинок ґрунтів відносить усі мінеральні частинки розміром приблизно від 0,01 мкм до декількох мікрометрів.

Вміст в ґрунті по вазі (масі) тієї або іншої кількості глинястих частинок унаслідок надзвичайної їх дисперсності, дозволяючії їм обволікати тверді піщані зерна і включення у ґрунтах вельми істотно позначається на фізичних властивостях ґрунтів; найменування таким глинястим грантам додається залежно від сумарного вмісту глинястих частинок у ґрунті, за які приймають всі частинки розміром менше 5 мкм (<0,005 мм).

Глинясті частинки на відміну від піщаних, мають компактну форму, різноманітні формою і є тонкими лусками, товщина яких у 10 - 50 разів менше їх більшого розміру, а форма може бути як багатокутної, так і голчатою. Істотне значення і мінералогічного складу глинястих частинок. Так, кристали монтморилоніту (з яких складаються монтморилонітові глини) мають рухомі кристалічні грати здатні за відповідних умов втягувати усередину кристалів молекули води і значно набрякати, збільшуючись в об'ємі, тоді як частинки каолініту, атапульгиту і гідрослюд такими властивостями володіють значно менше.