W mechanice gruntów wyróżnia się trzy główne rodzaje gruntów: niespoiste, spoiste oraz grunty pochodzenia organicznego. Oprócz tego występują jeszcze skały, lecz nie są one badane w mechanice gruntów, tylko w dyscyplinie naukowej mechaniki skał.
Grunty niespoiste
Grunty niespoiste lub grunty niekoherentne to takie, których składniki nie są związane żadnym środkiem wiążącym. W stanie suchym, gdy nie są pod wpływem wilgoci, stałe składniki gruntu niespoistego są całkowicie swobodne w masie ziemnej i między nimi występuje jedynie tarcie, zwane tarciem wewnętrznym. Do gruntów niespoistych zalicza się:
- Bloki, wiel. ziaren 200 – 2000 mm
- Drobina, wielkość ziaren 60 – 200 mm
- Żwir, wielkość ziaren 2 – 60 mm
- Piasek, wielkość ziaren 0,02 – 2 mm
- Pył, wiel. ziarna 0,002 – 0,02 mm.
Zaznacza się, że frakcja pyłowa bywa czasem nazywana mułem (ang. silt, niem. Schluff). Jednak ponieważ u nas muł oznacza określony rodzaj gruntu pochodzenia organicznego, nazwa ta dla wspomnianej frakcji mogłaby wywołać nieporozumienie.
Rys. 1 - Grunt piaszczysty
Grunty spoiste
Grunty spoiste lub koherentne to takie, których składniki stałe są związane ze sobą kohezją. Grunty koherentne mogą mieć bardzo niestabilne właściwości fizyczne, które łatwo zmieniają się pod wpływem wody. Do gruntów spoistych zalicza się te, które zawierają składniki stałe o wielkości poniżej 0,002 mm. Grunt zawierający przeważnie składniki o wielkości 0,002 – 0,0002 mm nazywa się gliną, a jeśli składniki te mają wielkość 0,0002 – 0,00002 mm, to nazywa się go gliną koloidalną.
W naturze czysta glina występuje rzadko, a najczęściej jest zmieszana z innymi składnikami, takimi jak piasek i pył, co nazywa się gliną piaszczystą; glina z wapieniem nazywa się gliną marglistą (margiel), a glina z magnezem to uma. Zazwyczaj przyjmuje się, że grunt zawierający więcej niż 50% składników gliniastych nazywa się tłustą gliną albo po prostu gliną, natomiast grunt z mniej niż 50% składników gliniastych nazywa się gruntem gliniastym. Grunt zawierający mniej niż 5% składników gliniastych uznaje się za mający właściwości gruntu niespoistego.
Najszybszym i najprostszym sposobem oceny, do której grupy należy dany grunt, jest wysuszenie próbki i próba skruszenia jej palcami. Grunty niespoiste rozpadają się od razu. Grunty gliniaste kruszą się pod palcami na mniejsze kawałki, a glina staje się twarda niemal jak kamień.
Rys. 2 - Grunt gliniasty
Gleby pochodzenia organicznego
Te grunty składają się w znacznej części z materiałów organicznych lub roślinnych, z domieszką iłów oraz innych składników. Ze względu na zawartość składników organicznych grunty te są bardzo niestałe i silnie chłoną wodę, przez co są niestabilne i nie mogą służyć ani jako grunt nośny, ani jako materiał do wykonywania obiektów ziemnych. Do tych gruntów zalicza się humus, muł i torf.
Humus to żyzna gleba znajdująca się w powierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej, o grubości zwykle kilku decymetrów. Składa się z mieszaniny substancji organicznych i mineralnych z dużą ilością bakterii. Przy wykonywaniu nasypów ziemnych, nawierzchni dróg i podobnych robót ziemnych, a także przy kopaniu w wyrobisku materiału do wykonywania obiektów ziemnych, należy odkopać i usunąć całą warstwę humusu, którą można wykorzystać jedynie do ochrony skarp ziemnych przed zmywaniem przez wodę.
Rys. 3 - Humus
Muł składa się z mieszaniny substancji organicznych w postaci bardzo drobnych cząstek oraz substancji mineralnych, takich jak glina, pył i piasek. Występuje na dnie dawnych rzek i jezior.
Torf składa się z dużej ilości substancji roślinnych i organicznych w postaci włókien, przy mniejszej zawartości substancji mineralnych.
Geneza gruntu
Gdybyśmy wykonali przekrój przez skorupę ziemską, stwierdzilibyśmy, że składa się ona najczęściej z warstwy powierzchniowej – humusu o niewielkiej grubości warstwy, następnie z warstwy podpowierzchniowej, która składa się z jednej lub kilku warstw o różnym składzie i różnej grubości, a na końcu ze skalej litej. Warstwa powierzchniowa powstała głównie w wyniku rozkładu materii roślinnej i organicznej, natomiast warstwa podpowierzchniowa powstała w wyniku rozkładu skały litej.
Rozpadanie się skały litej następuje wskutek wpływów atmosferycznych albo wskutek działania wulkanicznego. Wpływy atmosferyczne mogą być mechaniczne lub chemiczne. Jeśli procesem rozpadania skały litej jest łączenie minerałów z tlenem, to jest to rozpadanie przez utlenianie, a jeśli jest to łączenie z wodą, to jest to rozpadanie przez hydratację. Działanie wulkaniczne ma charakter chemiczny. Pod wpływem wysokiej temperatury skała lita zamienia się w popiół wulkaniczny.
Proces rozpadu litej skały i jej przekształcania w grunt może zachodzić in situ albo z transportem. Transport rozdrobnionych części odbywa się wodą, w którym to przypadku powstają grunty aluwialne, wiatrem, kiedy tworzą się grunty eoliczne, albo lodem, kiedy powstają grunty lodowcowe. W czasie transportu rozdrobnionych kawałków i odłamków litej skały następuje ich dalsze rozdrabnianie wskutek uderzeń, tarcia i wypłukiwania, którym są poddawane w trakcie transportu. Na skutek tego działania krawędzie rozbitych kawałków zaokrąglają się, nowe odłamki ulegają rozdrobnieniu, ich krawędzie ponownie się zaokrąglają i tak dalej, dopóki trwa transport. Wielkość i kształt składników stałych zależą od wytrzymałości skały, długości transportu, rodzaju transportu itd. Dlatego kształt cząstek stałych w gruncie jest bardzo zróżnicowany: okrągły, owalny, o ostrych lub zaokrąglonych krawędziach, trójkątny itd. Składniki stałe o wielkości 0,02 – 0,002 mm, czyli frakcja zwana w mechanice gruntów pyłem, mają przeważnie kształt okrągły lub owalny. Takie składniki o wielkości mniejszej niż 0,002 mm, czyli frakcja zwana gliną, mają kształt łuseczkowaty. Grubsze cząstki piasku, żwiru i otoczaków mogą mieć różne kształty: sześcienne, zaokrąglone, płytkowe itd. Cząstki sześcienne trudniej zmieniają swój kształt, płytkowe łatwiej. Dlatego grunty składające się głównie z cząstek płytkowych mogą łatwo zmieniać swój skład.
Należy zauważyć, że niektóre grunty, których tworzenie zostało całkowicie zakończone, bywają później przykryte nowymi osadami, tak że wcześniej już uformowany grunt pozostaje w głębi, natomiast na nowym osadzie tworzy się inny grunt, który nie musi mieć żadnego związku z poprzednim. Taki wcześniej uformowany grunt, później przykryty nowym osadem, nazywa się gruntem pogrzebanym. Są to najczęściej gleby uprawne, które były użytkowane, a następnie przykryte przez wiatr osadami pyłu lessowego, lecz osady mogą być także rzeczne. Grunt pogrzebany rozpoznaje się po ciemnej barwie i takich warstw gruntu może być więcej, jeśli proces ten powtarzał się wielokrotnie.
Gleby aluwialne
Gleby aluwialne powstają przez odkładanie się cząstek stałych podczas transportu wodą. Odkładanie zależy od wielu czynników, z których najważniejsze są prędkość przepływu wody, wielkość transportowanych składników oraz zawartość innych składników, takich jak sole, wapno itd. Przy dużych prędkościach przepływu odkładają się tylko grubsze składniki, natomiast drobne nie osiadają, lecz są przenoszone dalej. Dlatego grubsze składniki stałe osadzają się w górnym biegu wody, bliżej źródła, gdzie prędkość przepływu jest duża. Wraz ze zmniejszaniem się prędkości przepływu osadzają się coraz drobniejsze składniki. W spokojnej wodzie, bez przepływu, osadzają się z reguły najdrobniejsze składniki stałe. Gdziekolwiek dochodzi do spowolnienia przepływu wody, powstają duże osady, jak ma to miejsce na obszarach zalanych podczas wylewu wody z koryta rzecznego, następnie przy ujściach rzek, przed zaporami itd.
Sedymentacja bardzo drobnych cząstek koloidalnej gliny może trwać nieograniczenie długo wskutek oddziaływania elektrochemicznego, które powstaje między drobnymi cząstkami o wymiarach poniżej 0,0002 mm, gdy są one zanurzone w wodzie. W takim przypadku cząstki stałe niosą na sobie ładunek elektryczny tego samego znaku (ujemny), wskutek czego odpychają się wzajemnie i poruszają się w masie cieczy z tym większymi prędkościami, im są mniejsze. Są to ruchy Browna. Z powodu tych ruchów osiadanie cząstek stałych w wodzie jest znacznie spowolnione i może trwać nieograniczenie długo.
Rys. 4 - Grunt aluwialny
Gleby eoliczne
Grunty eoliczne powstają z nanoszenia przez wiatr cząstek stałych. Rozróżnia się dwa rodzaje gruntu eolicznego — less i wydmy. Less składa się z cząstek stałych o uziarnieniu około 0,05 mm lub nieco mniejszym, sklejonych ze sobą węglanem wapnia. Dlatego też, gdy jest suchy, less ma dużą wytrzymałość. Wykopy w lessie mogą mieć pionowe ściany na bardzo dużych wysokościach. Jeżeli jednak less zostanie silniej zawilgocony, traci swoją wytrzymałość i łatwo ulega przemieszczeniu. Znane są przypadki lessowych osadów Bežanijska kosa pod Belgradem, które utrzymują się z pionowymi ścianami na wysokości ponad 20m. Natomiast w częściach, gdzie w pobliżu krawędzi powstały osiedla, jak ma to miejsce przy ulicy Čunarskiej w Zemunie, gdzie dochodzi do stałego zawilgacania tuż przy skarpie płaskowyżu lessowego wskutek rozlewania zużytych wód, lessowe skarpy ulegają osunięciu, a stabilność gruntu lessowego w pobliżu krawędzi jest zagrożona.
Wydmy to ruchome wzgórza z luźnego piasku nanoszonego przez wiatr. Pod wpływem wiatru wzgórza te są szybko rozdmuchiwane i odtwarzane, przez co stanowią zagrożenie zasypania i zawalenia domów oraz środków transportu.
Rys. 5 - Gleba eoliczna
Glejowe gleby
Gleby lodowcowe powstają w wyniku transportu przez lód stałych cząstek gruntu. Gleby lodowcowe mają inny skład niż aluwialne, ponieważ składają się ze stałych cząstek o mniej więcej podobnej wielkości, a mianowicie z otoczaków, żwiru (moreny) lub piasku, które pozostały po stopieniu lodu. W warstwach dawnych jezior lodowcowych występuje glina lodowcowa.
Rys. 6 - Grunt lodowcowy