У механіці ґрунтів розрізняють три основні види ґрунтів: незв’язані, зв’язані та ґрунти органічного походження. Крім того, існують ще й гірські породи, але їх вивчають не в механіці ґрунтів, а в науковій дисципліні механіка гірських порід.
Незв’язні ґрунти
Незв’язні або некогерентні ґрунти — це ті, складові яких не зв’язані жодним в’яжучим засобом. У сухому стані, коли вони не перебувають під впливом вологи, тверді складові незв’язного ґрунту є повністю вільними у ґрунтовій масі, і між ними існує лише тертя, яке називається внутрішнім тертям. До незв’язних ґрунтів належать:
- Блоки, розм. зерен 200 – 2000 mm
- Дрібна щебінка, розм. зерна 60 – 200 mm
- Щебінь, вел. зерен 2 – 60 mm
- Пісок, вел. зерна 0,02 – 2 mm
- Пил, вел. зерен 0,002 – 0,02 mm.
Зазначається, що фракцію пилу іноді називають мулом (англ. silt, нім. Schluff). Однак, оскільки у нас мул означає певний вид ґрунту органічного походження, така назва для зазначеної фракції може спричинити непорозуміння.
Рис. 1 - Піщаний ґрунт
Зв’язані ґрунти
Зв’язані або когерентні ґрунти — це такі, тверді частинки яких з’єднані між собою когезією. Когерентні ґрунти можуть мати дуже нестійкі фізичні властивості, які легко змінюються під дією води. До зв’язаних ґрунтів належать ті, що містять тверді частинки розміром менше ніж 0,002 mm. Ґрунт, який переважно містить частинки розміром 0,002 – 0,0002 mm, називається глиною, а якщо ці частинки мають розмір 0,0002 – 0,00002 mm, то він називається колоїдною глиною.
У природі чиста глина трапляється рідко, зазвичай вона змішана з іншими складниками, такими як пісок і пил, що називається суглинком; глина з вапняком називається мергелистою глиною (мергель), а глина з магнієм — ума. Зазвичай вважається, що ґрунт, який містить більше ніж 50% глинистих складників, називається жирною глиною або просто глиною, тоді як ґрунт з менш ніж 50% глинистих складників називається глинистим ґрунтом. Ґрунт, що містить менше ніж 5% глинистих складників, вважається таким, що має властивості некоherentного ґрунту.
Найшвидший і найпростіший спосіб оцінити, до якої групи належить певний ґрунт, — висушити зразок і спробувати розтерти його пальцями. Не зв’язані ґрунти відразу розсипаються. Глинисті ґрунти пальцями подрібнюються на менші шматки, а глина стає твердою майже як камінь.
Рис. 2 - Глинистий ґрунт
Ґрунти органічного походження
Ці ґрунти складаються з великої частини органічних або рослинних матеріалів, з глинистими та іншими складниками. Через вміст органічних компонентів ці ґрунти дуже нестійкі й сильно вбирають воду, тому є нестабільними і не можуть слугувати ані несучим ґрунтом, ані матеріалом для влаштування земляних споруд. До цих ґрунтів належать гумус, мул і торф.
Гумус — це родючий ґрунт, який міститься у поверхневому шарі земної кори завтовшки звичайно кілька дециметрів. Він складається із суміші органічних і мінеральних речовин із великою кількістю бактерій. Під час улаштування земляних насипів, дорожнього покриття на дорогах та подібних земляних робіт, а також під час розробки в кар’єрі матеріалу для виготовлення земляних споруд, слід викопати й видалити весь шар гумусу, який можна використовувати лише для захисту земляних укосів від розмивання водою.
Рис. 3 - Гумус
Мул складається із суміші органічних речовин у вигляді дуже дрібних частинок з мінеральними речовинами, такими як глина, пил і пісок. Він міститься на дні колишніх річок і озер.
Торф складається з великої кількості рослинних і органічних речовин у вигляді волокон, з меншим вмістом мінеральних речовин.
Походження ґрунту
Якби ми зробили розріз через земну кору, то переконалися б, що вона здебільшого складається з поверхневого ґрунту — гумусу малої товщини шару, далі з підповерхневого ґрунту, що складається з одного або кількох шарів різного складу і різної товщини, і нарешті з твердої породи. Поверхневий ґрунт утворився головно внаслідок розпаду рослинних і органічних речовин, тоді як підповерхневий ґрунт утворився внаслідок руйнування твердої породи.
Розпад твердої породи виникає внаслідок атмосферних впливів або внаслідок вулканічної дії. Атмосферні впливи можуть бути механічними або хімічними. Якщо процесом розпаду твердої породи є сполучення мінералів із киснем, то це розпад окисненням, а якщо сполучення з водою, тоді розпад гідратацією. Вулканічна дія є хімічною. Через високу температуру тверда порода перетворюється на вулканічний попіл.
Процес руйнування твердої породи та її перетворення на ґрунт може відбуватися на місці, «in situ», або з транспортуванням. Перенесення зруйнованих частин здійснюється водою, у такому разі утворюються алювіальні ґрунти, вітром, коли вони стають еоловими ґрунтами, або льодом, коли формуються льодовикові ґрунти. Під час транспортування зруйнованих уламків і частинок твердої породи відбувається їх подальше подрібнення внаслідок ударів, тертя й промивання, яким вони піддаються під час транспортування. Через цю дію краї розбитих уламків заокруглюються, нові частинки дрібняться, їхні краї знову заокруглюються і так далі, доки триває транспортування. Розмір і форма твердих складників залежать від міцності породи, довжини транспортування, виду транспортування тощо. Тому форма твердих частинок у ґрунті дуже різноманітна: округла, овальна, з гострими або заокругленими краями, трикутна тощо. Тверді складники розміром 0,02 – 0,002 mm, яку фракцію в механіці ґрунтів називають пил, здебільшого мають округлу або овальну форму. Такі складники розміром менше ніж 0,002 mm, яку фракцію називають глина, мають лускату форму. Більші частинки піску, щебеню та гальки можуть мати різні форми: кубічні, заокруглені, пластинчасті тощо. Кубічні частинки важче змінюють свою форму, пластинчасті — легше. Через це ґрунти, що складаються переважно з пластинчастих частинок, можуть легко змінювати свій склад.
Наголошується, що окремі ґрунти, утворення яких повністю завершилося, інколи згодом перекриваються новими нашаруваннями, так що раніше вже утворений ґрунт залишається в глибині, тоді як на новому нашаруванні формується інший ґрунт, який може не мати жодного зв’язку з попереднім. Такий раніше утворений ґрунт, пізніше перекритий новим нашаруванням, називається похованим ґрунтом. Це найчастіше культурні землі, які були оброблені, а потім вкриті нашаруваннями лесового пилу вітром, але нашарування можуть бути і річковими. Похований ґрунт розпізнають за темним кольором, і таких шарів ґрунту може бути кілька, якщо цей процес повторювався неодноразово.
Алювіальні ґрунти
Алювіальні ґрунти утворюються внаслідок відкладання твердих частинок під час перенесення водою. Відкладання залежить від багатьох факторів, серед яких найважливіші — швидкість водного потоку, крупність перенесених складових і вміст інших складових, таких як солі, вапно тощо. За великих швидкостей водного потоку осідають лише великі частинки, тоді як дрібні не осідають, а переносяться далі. Через це більші тверді частинки відкладаються у верхній частині водного потоку, ближче до джерела, де швидкість водного потоку велика. Із зменшенням швидкості водного потоку осідають дедалі дрібніші частинки. У спокійній воді, без течії, зазвичай осідають найдрібніші тверді частинки. Там, де відбувається сповільнення водного потоку, виникають значні відкладання, як це буває на затопленій території під час виходу води з річкового русла, далі в гирлах річок, перед греблями тощо.
Осідання дуже дрібних частинок колоїдної глини може тривати необмежено довго через електрохімічну дію, що виникає між дрібними частинками розміром менше 0,0002 mm, коли вони занурені у воду. У такому разі тверді частинки несуть на собі електричний заряд однакового знака (негативний), через що вони відштовхуються одна від одної і рухаються в рідкому середовищі з тим більшими швидкостями, чим вони менші. Це броунівські рухи. Через ці рухи осідання твердих частинок у воді значно сповільнюється і може тривати необмежено довго.
Рис. 4 - Алювіальний ґрунт
Еолові ґрунти
Еолові ґрунти утворюються внаслідок нагромадження твердих частинок, перенесених вітром. Розрізняють два види еолового ґрунту — лес і дюни. Лес складається з твердих частинок крупністю близько 0,05 mm або трохи менших, зцементованих між собою карбонатом кальцію. Через це у сухому стані лес має високу міцність. Виїмки в лесах можуть зберігати вертикальні стінки на дуже великих висотах. Однак якщо лес сильно зволожити, він втрачає свою міцність і легко зсувається. Відомі випадки лесових відкладів Бежанійської коси біля Белграда, які зберігають вертикальні стінки на висоті понад 20m. Проте на ділянках, де поблизу краю зведено поселення, як це має місце на вулиці Чунарській у Земуні, де через розтікання використаних вод відбувається постійне зволоження біля самого схилу лесового плато, лесові схили руйнуються, і стійкість лесового ґрунту поблизу краю опиняється під загрозою.
Дюни — це рухомі пагорби з не зв’язаного піску, нанесеного вітром. Під дією вітру ці пагорби швидко розвіюються і знову утворюються, через що становлять небезпеку занесення піском і руйнування будинків та транспортних засобів.
Рис. 5 - Еоловий ґрунт
Льодовикові ґрунти
Льодовикові ґрунти утворюються шляхом перенесення твердих частинок ґрунту льодом. Льодовикові ґрунти мають інший склад, ніж алювіальні, оскільки складаються з твердих частинок приблизно однакової крупності, а саме валунів, гравію (морени) або піску, що залишилися після танення льоду. У шарах колишніх льодовикових озер існує льодовикова суглинка.
Рис. 6 - Льодовиковий ґрунт