ІV.2. ОСНОВНІ БУДІВЕЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТІВ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ

Ґрунтами називають породи, що залягають у верхніх шарах зем­ної кори. До них належать рослинний ґрунт, пісок, супісок, гравій, глина, суглинок, торф, пливуни, різні нанівскельні та скельні ґрунти.

За крупністю мінеральних частинок ґрунту, їхнім взаємозв’яз­ком та механічною міцністю ґрунти поділяють на п’ять класів: скельні, напівскельні, великоуламкові, піщані (незв’язні) та глинисті (зв’язні).

До скельних ґрунтів належать зцементовані водостійкі породи, що практично не піддаються стисканню (граніти, піщаники, вапняки то­що) і залягають переважно у вигляді суцільних чи тріщинуватих ма­сивів.

Напівскельні ґрунти — це зцементовані породи, здатні ущільнювати­ся (мертелі, алевроліти, аргіліти) та нестійкі проти води (гіпс, гіпсоносні конгломерати).

Великоуламкові ґрунти складаються з незцементованих уламків скельних та напівскельних порід; звичайно вони утримують в собі більш як 50 % уламків порід розміром понад 2 мм.

Піщані ґрунти складаються з незцементованих частинок порід роз­міром 0,05...2 мм; вони є зруйнованими та перетвореними різною мі­рою (як правило, природним шляхом) скельними ґрунтами, яким не властива пластичність.

Глинисті ґрунти також є продуктом природного руйнування та перетворення первинних гірських порід, з яких складаються скельні ґрунти, але з переважним розміром частинок менше ніж 0,005 мм.

До основних властивостей та показників ґрунтів, які впливають на технологію виробництва, трудомісткість та вартість земляних робіт, на­лежать: щільність, вологість, міцність, зчеплення, грудкуватість, розпу­шуваність, кут природного укосу.

Щільністю ρ прийнято вважати масу 1 м³ ґрунту у природному стані у щільному тілі. Щільність піщаних та глинистих ґрунтів стано­вить 1,5...2 т/м³; напівскельних нерозпушених — від 2 до 2,5, скель­них — більш як 2,5 т/м³.

Вологість ω — це ступінь насиченості пор ґрунту водою; визна­чається відношенням маси води та ґрунту до маси його твердих частинок (у процентах). Ґрунти вологістю до 5 % вважають сухими, понад 30 % — мокрими, 5...30 % — нормальної вологості.

Міцність ґрунтів характеризується їхньою властивістю чинити опір зовнішнім силовим діям. Для оцінки міцності гірських порід та ґрунтів користуються коефіцієнтом міцності f за Протодьяконовим. Побічними показниками міцності ґрунтів є швидкість їхнього буріння, а також кількість ударів ударника ДорНИИ.

Зчеплення визначається початковим опором зрушенню і залежить від виду ґрунту та ступеня його вологості.

Грудкуватість розпушеної маси (гранулометричний склад) ви­значається процентним вмістом грудок різних фракцій.

Розпушуваність — здатність ґрунту збільшувати під час розроб­лення об’єм унаслідок втрати зв’язку між частинками. Збільшення об’єму ґрунту характеризується коефіцієнтами початкового k_р та залишкового розпушування k_р.з.. Коефіцієнтом початкового розпушування є відно­шення об’єму розпушеного ґрунту до його об’єму у природному стані. Для піщаних ґрунтів k_p = 1,15...1,20, для глинистих — 2,4...3,2. Для напівскельних та скельних ґрунтів у процесі підривання «на струшу­вання» k_р змінюється від 1,1 до 1,2, а при підриванні «на розвал» — від 1,25 до 1,60 (при більшій грудкуватості до 2).

Коефіцієнт залишкового розпушування k_р.з показує, залишкове збіль­шення об’єму ґрунту (порівняно з природним станом) після його ущіль­нення.

Кут природного укосу характеризується фізичними властивос­тями ґрунту, при яких він перебуває в стані граничної рівноваги. Роз­мір кута природного укосу залежить від кута внутрішнього тертя, сил зчеплення та тиску розташованих вище шарів ґрунту. У насипу за від­сутності сил зчеплення граничний кут природного укосу практично до­рівнює куту внутрішнього тертя. Відповідно до цього крутість укосів виїмок та насипів, яка виражається відношенням висоти до закладання (h : а = 1 : т, де т — коефіцієнт укосу), для постійних і тимчасових земляних споруд різна. Крутість укосів визначається чинними норматив­ними документами.

Усі ґрунти групують та класифікують за трудністю розроблення різними землерийними машинами та вручну. Найчастіше для оцінки трудності розроблення ґрунту користуються показником питомого опору різанню (копанню) k_F.

Проф. М. Г. Домбровським було запропоновано 6 груп ґрунтів за величиною питомого опору копанню k_F: до І та II груп належать слабкі (м’які) та щільні ґрунти (чорноземи, лес, суглинки й т.ін.), до III та IV — дуже щільні (важкі суглинки, глини тощо) та напівскельні ґрунти (сланці, алевроліти, аргіліти), до V та VI груп — відповідно добре та погано розпушені напівскельні та скельні ґрунти.

Нормативні документи групують ґрунти за трудністю розроблення на немерзлі (І...VI групи) та мерзлі (І М...ІІІ м) ґрунти, причому ґрунти перераховуються у алфавітній послідовності за середніми значеннями щільності. Розпушені немерзлі ґрунти нормуються на одну групу нижче, ніж ці самі ґрунти в масиві (в нерозпушеному стані). До V та VI груп належать (крім пістрявобарвистих морених глин) ґрунти, які розробля­ються після попереднього розпушування.