Грунтознавство

1. Ґрунтознавство

Поняття «ґрунти» в інженерній геології включає в себе всі гірські породи і техногенні утворення, які складають верхній шар земної кори, слугуючи об’єктом інженерно-господарської діяльності людини. Вони є матеріалом основ будівель і споруд, середовищем для розміщення в них споруд різного призначення, а також будівельним матеріалом.
У більшості випадків ґрунт складається з трьох компонентів (фаз): твердих мінеральних часток, рідини (води) та газу (повітря) (див. рис. 9.1). Співвідношення між цими компонентами зумовлює властивості ґрунту.

Рис. 9.1. Термодинамічна модель ґрунту:
1 – мінеральні частки (тверда фаза); 2 – структурні зв’язки між мінеральними частками; 3 – пори, заповнені газом або парою; 4 – пори, заповнені водою та розчиненим у воді газом; 5 – бульбашки, заповнені газом і парою

Ґрунт, який складається із мінеральних часток (мінерального скелету) і пор, що частково заповнюються повітрям, а частково водою, є трикомпонентною (трифазною) системою. Якщо всі пори в ґрунті заповнені водою, то виникає двокомпонентна (двофазна) система.
Класифікації ґрунтів можна розділити на загальні, локальні (місцеві), регіональні й галузеві.
Під час вирішення практичних завдань будівництва важливо використати точні класифікаційні найменування ґрунтів, що враховують їхній склад і будову. Сучасні стандарти вимагають супроводжувати найменування ґрунтів відомостями про їхній геологічний вік відповідно до місцевих стратиграфічних схем, прийнятих в установленому порядку. Ґрунти (згідно з ДСТУ Б В.2.1-2-96) розділяються на класи – природні скельні, природні дисперсні, природні мерзлі та техногенні. Кожен клас має свої підрозділи. Так, ґрунти скельних, дисперсних і мерзлих класів об’єднуються в групи, підгрупи, типи, види й різновиди, а техногенні ґрунти спочатку поділяються на два підкласи, а далі кожен із них на групи, підгрупи, типи, види та різновиди.
Класифікація ґрунтів включає в себе таксономічні одиниці, що виділяються за групами ознак:
– клас – за загальним характером структурних зв’язків;
– група – за характером структурних зв’язків (з урахуванням їх міцності);
– підгрупа – за походженням та умовами утворення;
– тип – за речовинним складом;
– вид – за найменуванням ґрунтів (з урахуванням розмірів часток та їх властивостей);
– різновиди – за кількісними показниками речовинного складу і структури ґрунтів.
Усі ґрунти за класами поділяються на скельні, дисперсні, мерзлі та техногенні.
До класу природних скельних ґрунтів належать ґрунти з жорсткими структурними зв’язками (кристалізаційними та цементаційними).
До класу природних дисперсних ґрунтів віднесено ґрунти з водноколоїдними й механічними структурними зв’язками.
До класу природних мерзлих ґрунтів входять ґрунти з кріогенними структурними зв’язками.
До класу техногенних (скельних, дисперсних і мерзлих) ґрунтів належать ґрунти з різними структурними зв’язками, що утворені в результаті діяльності людини.
Класифікація ґрунтів згідно з ДСТУ Б В.2.1-2-96 наведена в табл. 9.1.

2. Ґрунтоутворення

Ґрунтоутворювальний процес відноситься до категорії біофізикохімічних процесів. За визначенням Олексія Андрійовича Роде, ґрунтоутворювальним процесом називається сукупність явищ перетворення і пересування речовин і енергії, які протікають у ґрунтовій товщі. Агентами ґрунтоутворення є живі організми та продукти їхньої життєдіяльності, вода, кисень повітря і вуглекислота.
Найважливі складові ґрунтоутворювального процесу:
1) перетворення (трансформація) мінералів гірської породи, з якої утворюється ґрунт, а згодом і самого ґрунту;
2) накопичення органічних залишків і їх поступова трансформація;
3) взаємодія мінеральних і органічних речовин з утворенням складної системи органомінеральних сполук;
4) накопичення (акумуляція) у верхній частині ґрунту ряду біофільних елементів і перш за все елементів живлення;
5) пересування продуктів ґрунтоутворення з рухом вологи у профілі ґрунту, що утворюється.
В результаті біологічного кругообігу речовин, процесу синтезу та руйнування органічної речовини ґрунтоутворювальна порода безперервно взаємодіє з рослинами і тваринами, з продуктами їхньої життєдіяльності, а також з продуктами розкладання органічних решток. Ці процеси в сукупності призводять до поступового формування ґрунту і становлять сутність ґрунтотворного процесу.
Таким чином, відповідно до загальної схеми формування ґрунту (за І. С. Каурічевим) на всіх фазах різних його етапів спостерігаються зміни ґрунтових ознак та процесів:

1. Початкова стадія ґрунтотворного процесу:
а) відсутні чітко виражені ознаки ґрунту в твердій фазі
б) наявність мікропроцесів;
в) слабко виражені масштаби біологічного кругообігу речовин;
г) наявність масштабних неґрунтових абіотичних процесів (еолове переміщення піску, водна ерозія породи);
д) слабкий зв’язок процесів, які відбуваються в межах біологічного кругообігу з абіотичними процесами і тому слабка вираженість біогеохімічного кругообігу.
2. Стадія формування ґрунту у фазі прискореного розвитку характеризується:
а) прогресивним розширенням масштабів біологічного кругообігу;
б) формуванням ґрунтових мезопроцесів, які ведуть до появи головних ознак ґрунту;
в) формуванням специфічної ґрунтової диференціації, упорядкуванням властивостей, ознак і процесів; г) формуванням біогеохімічних кругообігів.
3. Стадія формування ґрунту у фазі загальмованого розвитку:
а) знижується інтенсивність розширення масштабів біологічного кругообігу;
б) розвиваються профілеутворювальні макропроцеси.
4. Стадія рівноважного функціонування головних процесів, які відбуваються в рамках відносно стабільного біогеохімічного кругообігу (відносна стабілізація головних ознак ґрунтів).
Початок ґрунтоутворення співпадає з початком функціонування наземних систем (біогеоценозів) в умовах одночасної взаємодії п’яти факторів ґрунтоутворення.