7. Основи ґрунтознавства

7.1. Загальні відомості

Ґрунт - це гірська порода, що знаходиться у сфері взаємодії інженерної споруди і розглядається з інженерно-будівельної точки зору як основа фундаментів будівель і споруд.

Наука про ґрунти називається ґрунтознавством, вона вивчає умови утворення, фізико-механічні і фізико-хімічні властивості ґрунтів та зміни їх внаслідок будівництва.

Переважне значення у ґрунтознавстві має вивчення властивостей пухких грубоуламкових, піщаних і глинистих ґрунтів, оскільки масивні тверді скельні ґрунти, що мають жорсткі зв'язки між зернами і досить високу міцність, не викликають побоювання щодо стійкості будівель і споруд.

Пухкі піщано-глинисті ґрунти не мають жорстких зв’язків між частками, мають нестійкі фізико-механічні властивості, крім того, вони широко розповсюджені на поверхні землі і тому досить часто слугують основами будівель і споруд, середовищем та матеріалом для будівництва.

7.2. Ґрунт як дисперсна система.

Накопичення у вигляді піщаних, пилуватих і глинистих утворень називають дисперсними ґрунтами. Вони являють собою багатофазну систему, тобто дві або більше речовин рівномірно розподілені одна в одній. Фази взаємодіють через поверхню поділу і чим вона більша, тим активніша їх взаємодії Дисперсні системи із розміром часток дисперсної фази від 1 до 100 мкм - це колоїдні системи. Вони характеризуються відносною нестійкістю, тобто існують тільки за певних умов; при зміні останніх вони випадають в осад внаслідок коагуляції колоїдів. Цей осад називають гелем або студнем; на відміну від нього колоїдні системи з рідким дисперсним середовищем називають золем. Коагуляція відбувається за зміни складу і концентрації солей або електролітів в системі внаслідок висушування або заморожування. Такі катіони як Са⁺ і Мg⁺ сприяють коагуляції. а Nа⁺ і К⁺ - диспергації. Якщо в колоїдній системі переважає Nа⁺, то вона легко переходить із гелю в золь, а якщо Са⁺ або Мg⁺, то золь практично не утворюється. Такі властивості глинистих колоїдних систем мають важливе значення для оцінки інженерно-геологічних властивостей глинистих порід. Наприклад, якщо породи, що складають схил, залягають на глині, насиченій катіонами натрію і калію, то навіть при порівняно невеликій вологості покрівля глини буде мати розріджений шар, внаслідок чого верхні породи будуть по ньому зсуватися вниз - утвориться зсув. Таке явище переходу гелю в золь називають пептизацією.

Пептизація глинистих ґрунтів використовується при занурюванні в грунт деяких видів паль, опускних колодязів, обсадних залізобетонних кілець, навкруги яких утворюють пептизовану оболонку, котра грає роль мастила.

Дуже важливими властивостями колоїдних систем є електроосмос та електрофорез. Суть в тому, що частки дисперсної фази несуть на собі електричний заряд, а тому при пропусканні через колоїдну систему електричного струму вони рухаються до протилежно зарядженого електроду (глинисті частки - до аноду, це і є явище електрофорезу). Дисперсна фаза (середовище), у нашому випадку вода, рухається до другого електроду (до катоду). Це і є електроосмос.

Такою особливістю дисперсних систем користуються при осушенні та укріпленні (зміцненні) ґрунтів за допомогою електричного струму.

В дисперсних ґрунтах спостерігається тісна взаємодія твердої, рідкої та газоподібної фаз. В залежності від умов існування ґрунту значення цих фаз змінюються і разом з цим змінюється і фізико-механічні властивості ґрунту; за цією ознакою виділяють одно -, двох - і трьохфазні ґрунти.

Однофазні - це сухі ґрунти (звичайно піщані), що складаються тільки із твердої та газоподібної фази. Однофазними їх називають тому, що газоподібна фаза у даному випадку практично не впливає на механічні властивості ґрунту.

Двохфазні - складаються практично із твердих частинок і води, тобто, це водонасичені ґрунти.

Трьохфазні - це ґрунти, що містять у порах між мінеральними частками воду і повітря; повітря в цьому випадку уже впливає на властивості ґрунту. Такий поділ ґрунтів досить схематичний, але він дозволяє давати кількісну оцінку їх фізико-механічних властивостей із достатньою для практики будівництва точністю,

Головною складовою ґрунту є тверда фаза. Вона визначає його класифікаційне положення і фізико-механічні властивості. Суттєву роль при цьому грає речовинний і гранулометричний склад.