V mechanice zemin se rozlišují tři hlavní druhy zemin: nesoudržné, soudržné a zeminy organického původu. Kromě toho existují ještě horniny, ty se však nezkoumají v mechanice zemin, nýbrž v odborném oboru mechanika hornin.
Nenavázané zeminy
Nezpevněné neboli nekoherentní půdy jsou takové, jejichž složky nejsou spojeny žádným pojivem. V suchém stavu, když nejsou ovlivněny vlhkostí, jsou pevné složky nezpevněné půdy zcela volné v zeminovém masivu a mezi nimi působí pouze tření, nazývané vnitřní tření. Mezi nezpevněné půdy patří:
- Bloky, velikost zrna 200 – 2000 mm
- Drcenina, vel. zrn 60 – 200 mm
- Štěrk, vel. zrna 2 – 60 mm
- Písek, vel. zrn 0,02 – 2 mm
- Prach, velikost zrn 0,002 – 0,02 mm.
Připomíná se, že frakce prach se někdy nazývá kal (angl. silt, něm. Schluff). Avšak protože u nás kal znamená určitý druh půdy organického původu, mohl by tento název pro uvedenou frakci vyvolat nedorozumění.
Obr. 1 - Písčitá zemina
Vázané půdy
Soudržné nebo koherentní zeminy jsou ty, jejichž pevné složky jsou navzájem vázány kohezi. Koherentní zeminy mohou mít velmi nestabilní fyzikální vlastnosti, které se snadno mění působením vody. Mezi soudržné zeminy patří ty, které obsahují pevné částice menší než 0,002 mm. Zemina, která obsahuje převážně částice velikosti 0,002 – 0,0002 mm, se nazývá jíl, a pokud jsou tyto částice velikosti 0,0002 – 0,00002 mm, pak se nazývá koloidní jíl.
V přírodě se čistý jíl vyskytuje zřídka, nejčastěji je však smíšen s dalšími složkami, jako je písek a prach, což se nazývá jílovice; jíl s vápencem se nazývá slínovitý jíl (slín), a jíl s hořčíkem je uma. Obvykle se přijímá, že půda obsahující více než 50% jílovitých složek se nazývá tučný jíl nebo jednoduše jíl, zatímco půda s méně než 50% jílovitých složek se nazývá jílovitá půda. Půda obsahující méně než 5% jílovitých složek se považuje za půdu s vlastnostmi nekoherentní půdy.
Nejrychlejší a nejjednodušší způsob, jak posoudit, do které skupiny nějaká zemina patří, je vzorek vysušit a pokusit se jej rozdrtit mezi prsty. Nesoudržné zeminy se okamžitě rozpadají. Jílovité zeminy se mezi prsty drolí na menší kusy a jíl se stává tvrdým téměř jako kámen.
Obr. 2 - Jílovitá půda
Půdy organického původu
Tyto půdy se skládají z velké části z organických nebo rostlinných materiálů, s jílovitými a dalšími složkami. Vzhledem k obsahu organických složek jsou tyto půdy velmi nestálé a silně nasávají vodu, a proto jsou nestabilní a nemohou sloužit ani jako únosná půda, ani jako materiál pro zhotovování zemních objektů. Mezi tyto půdy patří humus, bahno a rašelina.
Humus je úrodná půda, která se nachází v povrchové vrstvě zemské kůry, obvykle silné několik decimetrů. Skládá se ze směsi organických a minerálních látek s množstvím bakterií. Při provádění zemních násypů, vozovek na silnicích a podobných zemních prací, jakož i při těžbě v lomu materiálu pro zhotovování zemních objektů, je třeba vykopat a odstranit celou vrstvu humusu, kterou lze použít pouze k ochraně zemních svahů proti odnosu vodou.
obr. 3 - Humus
Bahno se skládá ze směsi organických látek ve formě velmi jemných částic s minerálními látkami, jako je jíl, prach a písek. Vyskytuje se na dně někdejších řek a jezer.
Rašelina se skládá z velkého množství rostlinných a organických látek ve formě vláken s menším obsahem minerálních látek.
Vznik půdy
Kdybychom provedli řez zemskou kůrou, zjistili bychom, že se nejčastěji skládá z povrchové půdy – humusu malé tloušťky, dále z podpovrchové půdy, která se skládá z jedné nebo více vrstev různého složení a různé tloušťky, a nakonec z pevné horniny. Povrchová půda vznikla převážně rozkladem rostlinných a organických látek, zatímco podpovrchová půda vznikla rozkladem pevné horniny.
Rozpad pevné horniny vzniká v důsledku atmosférických vlivů nebo v důsledku vulkanického působení. Atmosférické vlivy mohou být mechanické nebo chemické. Jestliže je proces rozpadu pevné horniny slučování minerálů s kyslíkem, pak jde o rozpad oxidací, a jestliže je slučování s vodou, pak jde o rozpad hydratací. Vulkanické působení je chemické. V důsledku vysoké teploty se pevná hornina mění ve vulkanický popel.
Proces rozpadání pevné horniny a její přeměny v půdu může probíhat in situ nebo s dopravou. Transport rozpadlých částí se uskutečňuje vodou, v takovém případě vznikají alluviální půdy, větrem, kdy vznikají eolické půdy, nebo ledem, kdy se tvoří glaciální půdy. V průběhu dopravy rozpadlých kusů a částic pevné horniny dochází k jejich dalšímu zjemňování vlivem nárazů, tření a vymývání, jimž jsou během dopravy vystaveny. V důsledku tohoto působení se hrany rozbitých kusů zaoblují, nové částice se zjemňují, jejich hrany se znovu zaoblují a tak dále, dokud doprava trvá. Velikost a tvar pevných složek závisí na pevnosti horniny, délce dopravy, druhu dopravy atd. Proto je tvar pevných částic v půdě velmi různorodý: kulatý, oválný, s ostrými nebo zaoblenými hranami, trojúhelníkový apod. Pevné složky velikosti 0,02 – 0,002 mm, která frakce se v mechanice zemin nazývá prach, mají převážně kulatý nebo oválný tvar. Takové složky menší než 0,002 mm, která frakce se nazývá jíl, jsou šupinkovitého tvaru. Hrubší částice písku, štěrku a valounků mohou mít různé tvary: krychlové, zaoblené, deskovité atd. Krychlové částice mění svůj tvar hůře, deskovité snadněji. Proto půdy, které se skládají převážně z deskovitých částic, mohou snadno měnit své složení.
Upozorňuje se, že některé půdy, jejichž vznik je zcela ukončen, jsou někdy dodatečně překryty novými nánosy, takže dříve vzniklá půda zůstane v hloubce, zatímco na novém nánosu se vytvoří jiná půda, která nemusí mít s předchozí žádnou souvislost. Taková dříve vzniklá půda dodatečně překrytá novým nánosem se nazývá pohřbená půda. Jde nejčastěji o kulturní půdy, které byly obdělávány a poté byly překryty nánosy sprašového prachu větrem, ale nánosy mohou být i říční. Pohřbená půda se pozná podle tmavé barvy a takových vrstev půdy může být více, pokud se tento proces opakoval vícekrát.
Aluviální půdy
Naplavené půdy vznikají ukládáním pevných částic při transportu vodou. Ukládání závisí na více faktorech, z nichž nejdůležitější jsou rychlost vodního toku, velikost transportovaných částic a obsah dalších složek, jako jsou soli, vápno apod. Při velkých rychlostech vodního toku se ukládají jen hrubé částice, zatímco jemné se neukládají, ale jsou dále transportovány. Proto se hrubší pevné částice ukládají v horní části vodního toku, blíže ke zdroji, kde je rychlost vodního toku vysoká. S klesající rychlostí vodního toku se ukládají stále jemnější částice. V klidné vodě, bez proudu, se zpravidla ukládají nejjemnější pevné částice. Kdekoliv dochází ke zpomalení vodního toku, vznikají velká ukládání, jako je tomu v zaplaveném území při vylití vody z říčního koryta, dále u ústí řek, před hrázemi apod.
Usazování velmi jemných částic koloidního jílu může trvat neomezeně dlouho v důsledku elektrochemického působení, které vzniká mezi jemnými částicemi o velikosti menší než 0,0002 mm, když jsou ponořeny ve vodě. V takovém případě nesou pevné částice na sobě elektrický náboj stejného znaménka (záporný), a proto se navzájem odpuzují a pohybují se v kapalné hmotě tím většími rychlostmi, čím jsou menší. To jsou Brownovy pohyby. V důsledku těchto pohybů je usazování pevných částic ve vodě značně zpomaleno a může trvat neomezeně dlouho.
Obr. 4 - Aluviální půda
eolické zeminy
Eolické zeminy vznikají ukládáním pevných částic větrem. Rozlišují se dva druhy eolické zeminy: spraš a duny. Spraš se skládá z pevných částic velikosti přibližně 0,05 mm nebo o něco menších, spojených mezi sebou uhličitanem vápenatým. Proto má spraš v suchém stavu vysokou pevnost. Zářezy ve spraši mohou mít svislé stěny ve velmi velkých výškách. Jestliže se však spraš více navlhčí, ztrácí pevnost a snadno se sesouvá. Jsou známy případy sprašových uloženin Bežanijské kose u Bělehradu, které udržují svislé stěny ve výškách přes 20m. Avšak v úsecích, kde byla v blízkosti okraje vystavěna sídliště, jako je případ Čunarské ulice v Zemuně, kde dochází k trvalému navlhčování přímo u svahu sprašové plošiny vlivem rozlévání použitých vod, se sprašové svahy hroutí a stabilita sprašové zeminy v blízkosti okraje je ohrožena.
Duny jsou pohyblivé hromady nezpevněného písku navátého větrem. Tyto hromady jsou vlivem větru rychle rozptylovány a znovu vytvářeny, a proto představují nebezpečí zasypání a zřícení domů i dopravních prostředků.
Obr. 5 - Eolická půda
Ledovcové půdy
Ledovcové zeminy vznikají transportem pevných částic zeminy ledem. Ledovcové zeminy mají odlišné složení než naplaveniny, protože se skládají z pevných částic přibližně podobné velikosti, a to z valounů, štěrku (morény) nebo písku, které zůstaly po roztání ledu. V vrstvách bývalých ledovcových jezer se vyskytuje ledovcová hlína.
Obr. 6 - Ledovcová půda