2.2.6. Пластичність грунтів

Під пластичністю ґрунту розуміється його здатність під впливом зовнішніх сил змінювати форму (деформуватися) без роз­ривів сплошності і зберігати надану форму після припинення цієї дії.

Пластичність при певній вологості і невеликому тиску мають тільки глинясті і лесові ґрунти, мергелі, крейда, торф, деякі штучні ґрунти. У звичайних умовах при невеликих зовнішніх навантаженнях у інших типів ґрунтів вона відсутня.

Пластичність зв'язних ґрунтів при інженерно-геологічних дослідженнях характеризують двома вологостями: 1) верхньою межею пластичності, або вологістю на межі текучості (WL), це гранична вологість, при перевищенні якої ґрунт переходить з пластичного с­тану в текучий; 2) нижньою межею пластичності (Wp), це гранична вологість між полутвер­дим і пластичним станом ґрунту; вона характеризує мінімальну вологість при якій частинки здатні переміщатися без порушення сплошности ґрунту. Різниця у величині вологості ґрунту при верхній і нижній межах пластичності нази­вається числом пластичності І_Р. Число пластичності показує діапазон коливань вологості, у якому ґрунт має пластичні властивості. Чим більше число пластичності, тим більш пластичний ґрунт.

Пластичність зв'язних ґрунтів визначається складом і властивостями як твердих частинок ґрунту, так і взаємодіючої з ними рідини.

До першої групи чинників відносяться гранулометри­чний і мінеральний склади, форма частинок склад обмінних каті­онів. Властивості рідкої компоненти і вплив на пластичність визначається її хімічним складом і концентрацією розчинених речовин.

Гранулометричний склад є одним з найважливіших факторів, що впливають на пластичність ґрунтів. Зі всіх показників, що характеризують пластичність ґрунту, верхня межа пластичності найбільш тісно пов'язана з його грануломет­ричним складом.

Мінеральний склад ґрунтів також в значній мірі визначає їх пластичність, оскільки різні мінерали неоднаково. Крім того, від будови мінералів залежить форма частинок, яка у свою чергу впливає на величину пластичності. Найбільшу пластичність мають мінерали, у яких частинки пластинчатої форму. Пластинчата форма частинок є основним чинником, визначаючим пластичність ґрунтів.

2.2.7. Набрякання грунтів

Під набряканням розуміється здатність дисперсних ґрунтів збільшувати об'єм у процесі взаємодії з водою або розчинами. Ця властивість пов'язана з гідрофільним характером тонкодисперсних частинок зв'язних ґрунтів і великою їх питомою поверхнею. Воно обумовлено в основному наявністю у ґрунті слабкозв’язаної води.

Набрякання глинястих ґрунтів відбувається в результаті розклинюючої дії сольватних оболонок зв'язаної води, які формуються при гідратації глинястих мінералів і тонкодисперсних органогенних і органо-мінеральних частинок. Розклинюючій дії про­тистоять сили тяжіння, обумовлюючі структурні зчеплення. Якщо останнє перевищує або рівно розклинюючій дії обо­лонок зв'язаної води, то набрякання не відбувається. Якщо структур­не зчеплення менше величини розклинюючого тиску, то ґрунтова система прагне перейти у рівноважний стан шляхом збільшення відстані між частинками. В цьому випадку відбувається набрякання ґрунту. При цьому у ґрунтовій системі розвивається тиск, який називається тиском набрякання. Він може бути виміряний за допомогою зовнішнього навантаження. Цей тиск буде рівний тому навантаженню при якому збільшення об’єму ґрунту при гідратації спостерігатися не буде.

Здібність ґрунтів до набрякання характеризують показники: 1) деформація набрякання, яка визначається по відносній зміні об'єму або висоти при неможливості бічного розширення зразка ґрунту після набрякання у відсотках або частках одиниці; вона визначається при вільному набрякання ґрунту або набрякання під навантаженням; 2) вологістю набрякання, яка відповідає такому стану ґрунту, при якому припиняється процес поглинання рідини; 3) тиском набрякання, яке розвивається при неможливості об'ємних деформацій у про­цесі набрякання ґрунту.

В ре­зультаті взаємодії води з ґрунтовими частинками хоча і спостерігається збільшення об'єму ґрунту, але об'єм, що утворився, менше простої суми об'ємів ґрунту і води, що вступила у взаємодію. Це явище зменшення сумарного об'єму у процесі взаємодії ґрунту і води називається контракцією об'єму.

Основними чинниками, що визначають характер набрякання ґрунтів, є: 1) склад і будова ґрунту (мінеральний і грануло­метричний склад, склад обмінних катіонів, структурно-текстур­ні особливості, вологість і ін.); 2) хімічний склад і концент­рація водного розчину, що взаємодіє з ґрунтом; 3) величина зовнішнього тиску, під яким знаходиться ґрунт.

Набрякання характерне для зв'язних ґрунтів. Пісковини або зовсім не проявляють набрякання, або дуже слабко. Набрякання суглинків і глин зростає відповідно до збільшення вмісту в них глинястих і особливо колоїдних частинок. Із зростанням дисперсності ґрунтів крім величини набрякання збільшується також час, необхідний для досягнення максимальної величини набрякання.

Впливає на набрякання ґрунтів їх мінеральний склад і головним чином склад глинястих мінералів. Мінера­ли мають рухомі кристалічні структури (наприклад, групи монтморилоніту), які мають більшу величину набрякання у порівнянні з мінералами з жорсткою кристалічною решіткою.

Величина набрякання пов'язана з кількістю поглиненої води. Її кількість зменшується із зростанням початкової (природної) вологості. Періодична зміна вологості впливає на набрякання. При циклічному замочуванні і висушуванні глинястих зразків у кожному подальшому циклі підсушування - замочування унаслідок ослаблення структурних зв'язків збільшується як ступінь набрякання, так і тиск набухання.

Набрякання залежить від характеру структурних зв'язків: найбільше набрякання у ґрунтів з коагуляційними контактами. Порушення природної структури ґрунтів сприяє збільшенню набрякання. Найбільш різко воно зрос­тає у ґрунтів із змішаним і фазовим типами контактів.