3.1.5. Будівельні властивості

Невивітрілі магматичні породи мають високі будівельні властивості, обумовлені мінеральним складом та жорсткими кристалізаційними зв'язками між окремими зернами. Найміцнішими є породи, з дрібнозернистою і рівномірнозернистою структурою та масивною текстурою. Меншу міцність мають породи крупнозернисті, з порфировою та склуватою структурою. Смугаста текстура полегшує розробку гірської породи, але знижує її якість.

Значна частина магматичних порід, що залягають близько від поверхні Землі, зазнають значних змін внаслідок фізичного (розтріскування) та хімічного (хімічні реакції) вивітрювання. Так утворюється рапаківі („гнилий камінь”) та каолініти.

Міцність магматичних порід оцінюють межею міцності при стисканні зразків. Так, для гранітів, сієнітів. вона дорівнює 12002500 кг/см², для діоритів, андезитів - 15003000 кг/см², для габро, діабазів, базальтів - 25005000 кг/см². Але слід враховувати, що в природних умовах, в масивах гірські породи звичайно розбиті системою тріщин, що значно знижують міцність.

В цілому на оцінку надійності магматичних гірських порід впливає ступінь їх вивітрілості, наявність тріщинуватості, форми залягання, структура, текстура т. ін.

3.2. Осадові породи.

Осадові гірські породи є вторинними породами. Вони утворюються на поверхні землі, де під впливом води, повітря, живих організмів і сонячної енергії постійно змінюється поверхневий шар літосфери, руйнуються первинні гірські породи і мінерали. Продукти руйнування транспортуються на схилах під впливом сили тяжіння, переносяться вітром або водою, осідають із водяних розчинів.

3.2.1. Походження осадових порід.

Зміна форми залягання, мінерального складу та місця залягання гірської породи під впливом фізичних та біологічних чинників називається вивітрюванням. Виділяють три типи вивітрювання гірських порід: фізичне, хімічне та біологічне. Внаслідок дії атмосферних чинників, таких як коливання температури повітря та вода, відбувається фізичне вивітрювання первинних гірських порід, тобто, руйнування їх внаслідок розширення мінералів при нагріванні та стискання при охолодженні. Оскільки гірські породи неоднорідні за своїм мінералогічним складом, а різні мінерали змінюються в об'ємі при нагріванні та охолодженні по-різному, то порушується зв’язок між окремими мінералами. На контактах поміж ними з'являються щілини, в них потрапляє вода, повітря, проникає коріння рослин, оселяються лишайники та бактерії. Усе це з часом зумовлює руйнування масивної кристалічної породи і сприяє створенню уламків.

Виділяють певні стадії утворення уламкових осадових гірських порід:

- руйнування;

- перенесення;

- накопичення (акумуляція);

- перетворення первинного осаду в гірську породу (діагенез); при цьому витискується зайва волога, з’являються кристалічні зв’язки, інколи відбувається цементація.

Фізичне руйнування гірських порід спричинюється і льодовиками. Льодовикові маси під час руху механічно подрібнюють та переносять уламки кристалічних порід, перетворюючи їх на валуни, гальку, пісок і. т. ін..

Руйнує тверді гірські породи і вітер внаслідок обточування скель дрібними, зваженими рухомим повітрям, уламками (коразія) див. рис. 6.

Рис.6 Геологічна робота вітру

Вітер видуває (дефляція) уламки (частки) і переносить їх на великі відстані. При зменшенні швидкості вони відсортовуються і відкладаються. Утворюються так звані еолові відклади (піски, леси)

Значну роль в утворенні гірських порід відіграють річки. Величезна кількість змитих текучими водами піску, глини, пилу відкладається в долинах, дельтах річок, морях, океанах.

Помітну роботу виконують дощові і снігові води. Вони переносять продукти руйнування (пісок, мул, глину), сортують і відкладають наносні породи, розчиняють різні хімічні сполуки.

Велику руйнівну роботу виконують також морські хвилі – руйнують, подрібнюють скелясті береги, переносять і обробляють продукти руйнування, відкладають їх, утворюючи потужні товщі осадів.

Внаслідок сукупної дії всіх чинників, які беруть участь у фізичному руйнуванні, кристалічні порода на поверхні Землі перетворюються на брили, валуни, гальку, щебінь, жорству гравій, пісок; при цьому мінералогічний склад уламків не змінюється. Вказані породи називаються уламковими осадовими породами.

Фізичне вивітрювання сприяє розвитку хімічного вивітрювання, яке відбувається під впливом води, кисню, вуглекислоти та інших газів, що містяться в повітрі.

Внаслідок хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і вони перетворюються на сполуки з іншою будовою і властивостями. Процеси хімічного вивітрювання досить складні і різноманітні. Це розчинення, окислення, гідратація, гідроліз, каолінізація, карбонізація, серпентинизація, бокситизація.

Одним з основних чинників хімічного вивітрювання є вода. Вона розчиняє мінерали, зволожує продукти їх розкладу, входить до складу мінералів. Наявність у воді вуглекислого газу посилює гідроліз. Суть цього процесу полягає в тому, що в кристалічних просторових гратах мінералів іони лужних металів замінюються іонами водню дисоційованої води.

Дуже поширеним у природі є процес окислення, коли кисень повітря проникає в товщу гірських порід і взаємодіє з ними. Окислюються здебільшого породи, що містять сполуки оксиду заліза або інші елементи, здатні окислюватися. Внаслідок окислення змінюється будова, колір породи, утворюються вторинні мінерали.

Гідратація - це хімічне приєднання до мінералів води. Сполуки, що утворюються в процесі гідратації, називаються гідратами.

Каолінізація - складний процес хімічного вивітрювання, суть якого полягає в дії води і вуглекислоти, внаслідок чого утворюються глинисті мінерали. Наприклад, з польових шпатів утворюється каолініт.

Карбонізація - це процес зміни гірської породи, у результаті якого утворюються карбонати кальцію, магнію, заліза та ін.

Серпентинизація - процес перетворення магнезіально-залізистих мінералів на серпентин.

Бокситизація полягає в тому, що в умовах вологого і теплого клімату алюмосилікатні гірські породи вилуговуються природними водами, багатими на органічні кислоти .Так утворюється мінерал боксит.

Продукти хімічного вивітрювання не залишаються без змін. Вони взаємодіють між собою і утворюють досить складні сполуки, виникають нові вторинні мінерали - алюмосилікати і феросилікати або глинисті мінерали. Таким шляхом утворюються хімічні осадові гірські породи, до яких належать вапняки, гіпси, доломіти, соляні поклади та ін.

Біологічне вивітрювання - це фізичні і хімічні зміни мінералів і гірських порід під впливом рослинних і тваринних організмів. Коріння рослин (досягає 10-20 м) механічно розпушує породу, залишаючи після себе кореневі ходи, якими в грунт надходить вода з розчиненими в ній вуглекислим газом і киснем. З ростом коріння зростає напруженість рослини, розширюються тріщини навіть у скелях. Досліди свідчать, що корінь діаметром 10 см і довжиною 100см може зрушити брилу породи масою 30-50 т. Це сприяє фізичному вивітрюванні гірських порід.

У процесі життєдіяльності коріння рослин зі своїх клітин виділяє вуглекислий газ і органічні кислоти, що руйнують мінерали. Відбувається повний розпад мінералу, його біохімічне вивітрювання. Значну роль у вивітрюванні відіграють водорості, лишайники, мохи та мікроорганізми. Бактерії, гриби і водорості руйнують мінерал в 20 разів швидше, ніж фізичні чинники. Так, деякі бактерії в процесі життєдіяльності виділяють азотну кислоту, яка руйнує порівняно стійкі гірські породи. Польові шпати під впливом мікроорганізмів, зокрема діатомових водоростей, перетворюються на глину. Таким шляхом утворюються органогенні осадові породи, різноманітні за складом і походженням:

- зоогенні (вапняки – черепашники, крейда);

- органогенні (торф, вугілля, діатоміти);

- сапропелеві (мули, сапропелі, асфальт, бітум).

Часто пухка вторинна порода переноситься за допомогою води, вітру, льоду на далекі відстані. Під час транспортування осадові породи сортуються за розмірами і масою часток, певною мірою змінюється їх хімічний склад. З осадових порід складається верхня частина літосфери, отже вони знаходяться в зоні інженерної діяльності людини і найчастіше використовуються як основа, середовище та матеріал для будівництва.