ЗАДАНИЕ: ВЫПОЛНИТЬ КОНСПЕКТ: ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУНТОВ. (скальный, крупнообломочный, песчаный, супеси, плывуны, глинистый, суглинки, лёсс, илистый) ВЕСЬ МАТЕРИАЛ ЛЕКЦИИ ПЕРЕПИСЫВАТЬ НЕ НАДО. Вы его самостоятельно изучаете. Остальной материал темы будет проконтролирован вопросами в зачете.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ
Изучение грунтов как объекта инженерно-строительной деятельности является задачей грунтоведения.
Грунтами называются горные породы верхней коры выветривания, используемые строительстве. Происхождение термина голландское или немецкое, пришедшее к нам в средние века.
Грунт используется для сооружений в качестве: основания; среды (сооружения подземные); материала (насыпи, подушки, земляное полотно и др.).
1. Образование грунтов (генезис)
Континентальные отложения:
- 
элювиальные (- форма зерен угловатая);
- делювиальные (перемещенные атмосферными водами и силами тяжести, напластования не однородны.);
- аллювиальные (перенесенными водными потоками на значительные расстояния – окатанные частицы);
- ледниковые (результат действия ледников, неоднородные грунты);
- эоловые (продукты выветривания, пески дюн, барханов, наличие пылеватых и илистых фракций).
Морские отложения: илы, заторфованные грунты, пески, галечники – низкая несущая способность.
Состав грунтов
Грунты – дисперсные (раздробленные) системы, являющиеся продуктами механического, химического, физико-механического и биологического процессов выветривания в земной коре. В условиях естественного залегания они представляют собой сложную систему твердых, жидких и газообразных компонентов.
Во всех грунтах, кроме скальных, твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен величиной от нескольких сантиметров до мельчайших частиц с размерами в сотые и тысячные доли мм. Они состоят из первичных (кварц, полевые шпаты, слюды, магниево-железистые соли, кремниевые кислоты, кальцит, доломит и др.) и вторичных минералов (каолинит, монтмориллонит, окислы и гидроокислы алюминия и железа, кремнезем и др.), а также из органической части (гумуса, торфа, иловатых частиц и др.).
|
|
Грунт - это 3х фазная система.
Грунт = твердые частицы + вода + газ
От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов.
Грунт может состоять из двух компонентов или фаз (твердые частицы + вода, твердые частицы + воздух) или из трех (твердые частицы + вода + воздух). Вода и воздух заполняют пустоты между частицами.
Структура и текстура грунтов
Следует различать структуру и текстуру грунтов.
Под структурой грунтов понимают взаимное расположение грунтовых частиц и характер связи между ними. Из этого определения следует, что структура имеет две стороны: сложение и связность.
Виды сложений
а - зернистое (им обладают песчаные грунты): а – рыхлое, б – средней
плотности, в – плотное.
б - хлопьевидное (характерно для илов при n >90%): малые поры, большие
поры.
в - сотообразное (губчатое) - при уплотнении происходит упрочнение
грунтов.
г - каркасное (для различных глинистых, особенно моренных грунтов.
Виды связности
Связность – это свойство, характеризующее связь между грунтовыми частицами, которая в дисперсных грунтах бывает двоякой:
а – водноколлоидная создана молекулярными силами пленочной воды. Характерна для молодых (четвертичных) глинистых грунтов и может легко нарушаться при замачивании или встряхивании, но затем легко восстанавливаться. б – кристаллизационная создана природным цементом у древних грунтов за счет пленочной и свободной воды в виде электролита. Такую связность можно создавать искусственно (силикатизация – образование кремнистого цемента в течение нескольких суток при химическом закреплении грунтов).
|
|
Под текстурой грунтов понимают их сложение в массиве. Она бывает: а - слоистая (водноледниковые пески), горизонтальная и косослойная; б – ленточная (озерно-ледниковые отложения) с чередованием м тонких
прослойков песка и глины; в – порфировая (моренные глинистые грунты) с размещением на фоне мельчайших частиц просматриваются крупные обломки. Наряду со связностью возникает большое трение; г – сетчатая (при промерзании грунта сверху и сбоку), просматривается в
пределах образца; д – слитная (на фоне разреза нет неоднородностей) у однородных песчаных или глинистых отложений.
| Структура грунта: | Текстура грунта: | ||||
| зернистая | Слоистая 
| ||||
| сотообразная | порфировидная 
| ||||
| хлопьевидная | слитная (однородная) |
Строение грунтовой толщи бывает: нормальное согласованное и несогласованное, косослойное и линзовидное.
4. Виды грунтов
Рассмотрим только основные виды (классы) грунтов согласно СТБ 943-04 и ГОСТ 25100-80:
скальные;
крупнообломочные;
песчаные;
глинистые;
особые (илы, заторфованные и торфы, ленточные глины, просадочные и набухающие глинистые, пучинистые пылеватые глинистые и пылеватые пески, насыпные и намывные, вечномерзлые, искусственные).
|
|
К скальным грунтам относятся изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива.
К нескальным грунтам относятся: крупнообломочные – несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц более 2 мм; песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (грунт не раскатывается в шнур); глинистые – связные грунты, обладающие свойством пластичности, т.е. их можно раскатывать в шнур диаметром 3 мм и менее. Они содержат частиц менее 0,005 мм более 3%.
5. Скелет грунта и его гранулометрический состав
Грунты с мелкими зернами обладают развитой поверхностью и представляют собой дисперсные системы. В этих системах дисперсной фазой являются частицы, а дисперсионной средой – вода и воздух, заполняющие промежутки (поры) между частицами грунта.
Дисперсность – степень раздробления вещества на частицы.
Естественные грунты состоят из частиц различной формы и величины и относятся к полидисперсным системам, свойства которых весьма сложны поскольку суммируют свойства входящих в них частиц. Особенно сильно влияет наличие в них коллоидных и тонкодисперсных частиц. По количеству частиц разной крупности в грунте построена строительная классификация грунтов.
Скелет грунта – это твердая фаза. Минеральный состав грунтовых частиц зависит от вида горных пород или минералов, из которых они произошли. Помимо минеральных частиц в состав грунтов входят органические вещества (торф или гумус), очень разнообразные по своему физическому состоянию и химическому составу. Они сильно ухудшают строительные свойства грунтов.
Грунтовая фракция - определенный интервал крупности частиц. Выраженное в процентах от общего веса сухого грунта содержание в грунте частиц различной крупности, называется гранулометрическим составом. Разделение частиц на фракции называется гранулометрическим анализом.
Классификация твердых частиц:
| № п/п | Наименование частиц | Поперечный размер (мм) | Примечания |
| Галечные (щебень) | > 10 (20) | Классификация по шкале Сабанина (по скорости па- дения частиц в воде) | |
| Гравелистые | 2 ¸ 10 (20) | ||
| Песчаные | 0,05 ¸ 2 | ||
| Пылеватые | 0,005 ¸ 0,05 | ||
| Глинистые | < 0,005 |
Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров.
Крупнообломочные частицы в скоплении формируют так называемые крупнообломочные грунты, которые: очень хорошо водопроницаемы; мало сжимаемы; мало чувствительны к воде (маловлажные или насыщенные водой сжимаются одинаково, набухание не происходит).
Песчаные частицы в преобладающем множестве образуют песчаные грунты, которые: хорошо водопроницаемы; мало сжимаемы; не набухают.
За исключением мелких пески не пучат при промерзании. Свойства частиц зависят не от минералов (из которых преобладает кварц, полевой шпат, глауконит), а от крупности.
Пылеватые частицы – продукты как механического, так и химического выветриваний. При их наличии более 25% образуются пылеватые грунты. Минералогический состав частиц в некоторой степени влияет на свойства этих грунтов. Наличие зерен окислов обусловливает связность.
Пылеватые пески малопрочны, неустойчивы по отношению к воде, а при замачивании теряют связность и оплывают в откосах (потеря устойчивости).
Некоторые виды пылеватых грунтов набухаемы и сильно пучинисты.
Глинитые частицы – чрезвычайно активны. По химическому составу существенно отличаются от остальных (форма их чешуйчатая и игольчатая). Даже 3% глинистых фракций достаточно, чтобы грунт приобрел глинистые свойства: связность, пластичность, набухаемость, липкость, водонепроницаемость.
Таким образом самые мелкие частицы являются наиболее активными в формировании строительных свойств грунтов. Следует подчеркнуть, что пылеватые свойства хуже глинистых.
Каолинитовые глинистые грунты меньше набухают, а монтмориллонитовые – набухают очень сильно. Древние глинистые грунты прочнее молодых, но у последних связи гибче и способны восстанавливаться в отличие от старых.
Классификация грунтов (простейшая)
| № п/п | Наименование грунта | Содержит частиц < 0,005 (%) | Число пластичности Jр | Диаметр раскатываемого шнура из грунта, мм |
| Глины | >30 | >0,17 | <1 | |
| Суглинок | 10¸30 | 0,07¸0,17 | 1-3 | |
| Супесь | 3¸10 | 0,01¸0,07 | >3 | |
| Песок | <3 | Не пластичный | Не раскатывается | |
| Примечание: Если в глинистом грунте содержится пылеватых частиц больше чем песчаных, то к наименованию добавляют слово «пылеватый (ая)», это указывает на особые свойства: способность к сильному пучению при промерзании, набуханию или резкому снижению прочности и увеличению сжимаемости при дополнительном увлажнении, тиксотропному разупрочнению при динамических воздействиях. Jр определяется в лабораторных условиях (в долях единицы). |
Виды грунтов и их характеристики
Физические свойства грунтов, лежащих в основании, исследуют с точки зрения их способности нести нагрузку дома через его фундамент. Физические свойства грунта меняются в зависимости от внешней среды. На них влияет: влажность, температура, плотность, неоднородность и многое другое, поэтому для оценки технической пригодности грунтов будем исследовать их свойства, которые неизменны и которые могут меняются при изменении внешней среды:
- связанность (сцепление) между частицами грунта;
- размер, форма частиц и их физические свойства;
- однородность состава, наличие примесей и их воздействие на грунт;
- коэффициент трения одной части грунта о другую (сдвиг пластов грунта);
- водопроницаемость (водопоглощение) и изменение несущей способности при изменении влажности грунта;
- водоудерживающая способность грунта;
- размываемость и растворимость в воде;
- пластичность, сжимаемость, разрыхляемость и т. д.
Грунты: типы и свойства
Классы грунтов
Грунты разделяют на три класса: скальные, дисперсионные и мерзлые (ГОСТ 25100-2011).
Скальные грунты - магматические, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы обладающие жесткими кристаллизационными и цементационными структурными связями.
Дисперсионные грунты - осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы с водно-коллоидными и механическими структурными связями. Эти грунты делятся на связных и несвязные (сыпучие). Класс дисперсионных грунтов подразделяют на группы:
а) минеральные - крупнообломочные, мелкообломочные, пылеватые, глинистые грунты;
б) органоминеральные - заторфованные пески, илы, сапропели, заторфованные глины;
в) органические - торфы, сапропели.
Мерзлые грунты - это те же скальные и дисперсионные грунты, дополнительно обладающие криогенными (ледяными) связями. Грунты в которых присутствуют только криогенные связи называются ледяными.
По строению и составу грунты разделяют на:
- скальные;
- крупнообломочные;
- песчаные;
- глинистые (в том числе лессовидные суглинки).
В основном встречаются разновидности песчаных и глинистых разновидностей, которые весьма разнообразны как по крупности частиц, так и по физико-механическим свойствам.
По степени залегания грунты делятся на:
- верхние слои;
- средней глубины залегания;
- глубокого залегания.
В зависимости от типа грунта основание может быть расположено в разных слоях грунта. Верхние слои грунта подвергаются атмосферному воздействию (намокание и высыхание, выветривание, замерзание и оттаивание). Такое воздействие изменяет состояние грунта, его физические свойства и уменьшает противодействие нагрузкам. Исключением являются только скальные грунты и конгломераты. Поэтому основание дома необходимо располагать на глубине с достаточными несущими характеристиками грунта.
Классификация грунтов по размеру частиц определена ГОСТом 12536
| Частицы | Фракции | Размер, мм |
| Крупные обломки | ||
| Валуны*, глыбы | крупные | > 800 |
| средней крупности | 400-800 | |
| мелкие | 200-400 | |
| Галька*, щебень | крупные | 100-200 |
| средней крупности | 60-100 | |
| мелкие | 10-60 | |
| Гравий*, дресва | крупные | 4-10 |
| мелкие | 2-4 | |
| Мелкие обломки | ||
| Песок | очень крупные | 1-2 |
| крупные | 0,5-1 | |
| средней крупности | 0,25-0,5 | |
| мелкие | 0,1-0,25 | |
| очень мелкие | 0,05-0,1 | |
| Взвесь | ||
| Пыль (ил) | крупные | 0,01-0,05 |
| мелкие | 0,002-0,01 | |
| Коллоиды | ||
| Глина | < 0,002 |
* Названия крупных обломков с обкатанными гранями.