Побудували новий селище. Його прикрасили гарні, як кажуть «з голочки», п'ятиповерхові житлові будинки. Влітку щасливі новосели в'їхали в свої просторі квартири. Бурхливо і весело відзначили цю подію.
Це явище стала вивчати спеціальна комісія будівельників. Її висновок був такий: внаслідок стиснення грунтів під вагою будівель віз: нікла їх нерівномірне осідання, що і стало причиною розтріскування стін. Був пред'явлений позов проектувальникам, які нібито допустили помилку і неправильно розрахували осадку будівель.
Потрібно сказати, що подібні розрахунки легко перевірити. І ось запрошені експерти розглянули проекти будинків і зробили висновок: осаду розрахована правильно, споруди зведені за всіма правилами будівельного мистецтва. А тріщини? Експерти знизали плечима і поїхали.
Тоді фахівці по грунтах стали уважно дослідити загадкове явище. Проведені геодезичні спостереження, до удівлевію всіх, показали, що будівлі не сідають, а, навпаки, піднімаються!
Це спантеличило будівельників, але фахівцям по грунтах відразу «відкрило очі» і дозволило виявити причину дивних деформацій. Це глинистий грунт!
Коли досліджували мінералогічний склад глин, відразу встановили, що в їх складі міститься значна кількість мінералу монтморилоніту. Він і з'явився «порушником спокою». Як вже говорилося в попередніх розділах, цей глинистий мінерал володіє дивовижною здатністю до набухання.
У підставах побудованих будівель залягала багатометрові товща таких глин. Вологість їх була невелика, від літньої посушливої погоди ці глини в котлованах підсохли і потріскалися. Потім на них були зведені споруди. Осінні дощі призвели до того, що в глини по «пазух» уздовж зовнішніх стін стала надходити вода. І ось результат. Там, де .Вологість глин підвищилася, вони почали набухати. На окремих ділянках будівлі піднялися, на. 8-10 см, викликавши порушення конструкцій і поява тріщин.
Цікаво було, що при набуханні цих глин заміряне тиск склало 0,5-0,6 МПа. У той же час тиск на грунти від; ваги будівель становило лише 0,2 МПа. Таким чином, тиск набухання грунтів виявилося в 2,5-3 рази більше, ніж тиск від ваги будинків. Звідси і пішли описані події.
Такі явища поширені в ряді південних районів нашої країни. Наприклад, в Азербайджанської РСР нерідкі ділянки поверхні землі, складені товщами набухають глин. Тому в цих місцях можуть виникати деформації будівель, пов'язані з зволоженням їх підстав.
Подібні ж явища були зареєстровані в ряді інших, країн (в США, на Кубі, в Бірмі і т.д.).
Ми вже знаємо, що набухання пов'язано з особливостями кристалічної решітки деяких глинистих мінералів.
А якщо такі вологі, набряклі глини почнуть висихати? В цьому випадку виникає протилежний процес - кристалічні решітки глинистих мінералів починають стискатися, зменшуючи свій обсяг, Виникає цікаве явище - усадка грунту.
При цьому процесі в ході підсихання глини проявляються сили. стискають грунт. Виникають великі тиску: до 5 і навіть 10 МПа. Причина їх появи пов'язана зі зростаючими в ході висушування капілярним тиском і міжмолекулярними силами.
Зовні явище усадки полягає в зменшенні обсягу грунту, його розтріскування і зростанні щільності. Поверхня глинистих ґрунтів в стінках каналів і насипів завдяки усадки починає лущитися, що призводить до поступового руйнування укосів цих споруд. У посушливих районах утворюються вузькі і широкі тріщини усадки, проникаючі в масиви глин до глибини 2-5 м. Зменшення обсягу при цьому процесі може досягати 30-40%. Нз поверхні таких глин виникає складний малюнок тріщин, розбивають грунт на своєрідні багатокутники.
Вчені протягом багатьох років досліджували явище набухання. Було з'ясовано, що воно не виникає при невеликій кількості глинистих частинок (розміром менше 0,002 мм). Тому супеси, що містять їх менше 10%, майже не набухають. А чим більше в глинистому ґрунті цих частинок, тим більше набухання. Виявилася також залежність набухання від хімічних особливостей грунтів, природної вологості і деяких інших чинників.
Цікаво, що якщо визначити суму обсягів води і грунту, що вступають у взаємодію, то вона виявиться більше, ніж обсяг набряклою глини. Тому не можна прогнозувати величину набрякання за обсягом поглиненої грунтом води.
Головна роль в набуханні належить глинистим мінералам. Так, глини, що складаються з каолініту, набухають значно слабкіше, ніж монтморилонітові. Мінералоги виявили, що відстань між кристалічними пакетами монтмориллонита при збільшенні вологості з 6 до 30% зростає в два рази. Це є основною причиною того, що глини з даними мінералом так сильно набухають.
Не менш цікавим є питання про тривалість процесу набухання. У лабораторії було встановлено, що для різних грунтів воно коливається від декількох до 120 год і більше. Потрібно врахувати, що мова йде про набуханні зразків глин, врізаних в кільце висотою 2 см.
До набухання і усадки здатні не тільки глинисті грунти, а й такі, як торф. Хто не знає цю породу, що утворюється в заболочених низинах в результаті відмирання і розкладання рослин. У Радянському Союзі велика територія - понад 70 млн. Га, - покрита ім. Якщо проводиться осушення боліт і торф виявляється в незвичній для нього «сухий» обстановці, то починається його інтенсивна усадка. Величина її може досягати 50% від початкового об'єму.
Нерідко виникає оригінальна картина: містки і будівлі, побудовані на палях на подібних осушених торфовищах, як ніби піднімаються і висять в повітрі. Звичайно, природа усадки в цьому випадку дещо інша. Вона пов'язана з втратою міститься в торфі води.
Виникає питання: чи буде. набухати торф при зволоженні? ' Якщо сухий торф змочувати водою, то він, звичайно, почне набухати, але ніколи не повернеться до того обсягу, який він мав у болотних умовах до осушення.
Уже в далекій давнині люди звернули увагу на здатність глини легко місити в руках, а при висиханні на повітрі ставати твердою, зберігаючи надану їй форму.
В Інституті археології АН СРСР були досліджені глиняні судини з неолітичних стоянок (6-7 тис. Років тому). Вчені встановили, що в ті далекі часи посуд робилася з суміші пташиного посліду або гною з глиною. Такі судини виявилися дуже міцними і не боялися температури 900 ° С. Ці вироби спершу не обпікалися, як це робилося пізніше.
Ряд древніх народів виготовляв також плетені судини, обмазані глиною. Це мистецтво досі відомо деяким племенам Південної Америки і Африки.
Минули багато сотень і, може бути, тисячі років, поки якась фігурка або глиняний посуд не опинилися випадково в багатті. Тоді люди зрозуміли, що побувала у вогні глина набуває нових якостей. Вона стає міцнішою, що не розмокає у воді і змінює колір. Так, приблизно 6-8 тис. Років тому з'явилася перша кераміка. Можна припустити, що цей вік «керамічних виробів» передував століттю металу (обробка міді почалася близько 7 тис. Років тому).
Високого мистецтва виготовлення з глини керамічного посуду досягли стародавні єгиптяни, жителі Вавилона, ассірійці, а пізніше греки і представники багатьох інших народів минулих цивілізацій. За часів фараонів в Єгипті велику групу ремісників становили гончарі.
У Південному Межиріччі (район річок Тигр і Євфрат) з глини робили відра, ящики, труби і цеглу. Хетти (народ, що жив в районі Межиріччя в XVIII-XII ст. До н.е.) були творцями перших книг - глиняних табличок, які потім висушували на сонці або злегка обпалювали. Ці таблички були «вічними».
При розкопках древньої столиці Ассирії - м Ніневії археологи виявили багатющу бібліотеку, яка містить більше 200 тис. Глиняних табличок. Вона виявилася воістину скарбом, який розкрив багато таємниць далеких тисячоліть.
Так глинистий грунт допоміг у розвитку і вдосконаленні культури древніх народів.
У сучасному світі використання глин отримало надзвичайно широке поширення. На товщах з глини зводять будівлі та споруди, з неї виготовляються червона цегла, каналізаційні та дренажні труби, посуд, ізолятори і багато інших речей. У всьому цьому різноманітті виробів з глинистих ґрунтів широко використовується їх здатність змінювати свої властивості при зволожень.
Дослідження вчених показали, що в міру збільшення вмісту вологи глинистий грунт переходить з одного стану (консистенції) в інше. Якщо вологи мало, то глина суха і тверда. Тепер почнемо поступово збільшувати вологість грунту. Коли її величина досягне «нижньої межі пластичності» (або «межі розкочування»), глина перейде в новий стан пластичної консистенції. Вона буде легко місити, змінювати і зберігати, надану їй при стисканні форму. Досягнення цього стану необхідно для формування цегли, гончарних труб, черепиці та інших виробів; Величина влажйості, відповідна цієї межі (позначається wp) f коливається для різних глинистих ґрунтів від 8 до 40%.
Якщо ми продовжимо збільшення вологості і далі, то можемо досягти верхньої межі пластичності (або межі плинності), при якому глина втрачає свою міцність і починає текти. З ґрунту з вологістю вище цієї межі (позначається wL) нічого сформувати не вдається. Будувати на такий глині небезпечно: вона видавлюватиметься з-під фундаменту, і будівлі на ній будуть осідати. Вчені говорять, що вона в цьому випадку перетворюється в слабкий, водона- насичення грунт.
Ця межа переходу з пластичної в текучу консистенцію залежить ще більшою мірою, ніж межа розкочування, від хі * чеських і мінералогічних особливостей глин, а також від змісту тонких частинок.
Знання влажностей, які відповідають цим межам, дало несподіваний побічний ефект. Було виявлено, що різниця їх значень (wL - wp) дозволяє визначити найменування глинистого грунту. Її величину назвали числом пластичності. Якщо вона менше одиниці - грунт піщаний, від 1 до 7 - грунт називають супіском. Інший тип глинистого грунту - суглинок має число пластичності від 7 до 17. Нарешті, для глини воно перевершує 17. Ми вже зустрічалися з цими назвами грунтів, але тоді вони їх отримали за змістом глинистих часток (розміром менше 0,002 мм).
Один чи це грунт, скажімо «суглинок», по числу пластичності і змістом глинистих частинок? Виявляється, так. При значенні числа пластичності 10 суглинок і містить 12-14% глинистих частинок.
Здатністю до переходу в пластичний стан мають багато речовин - віск, скло, метали, мед, бітум і т. Д. Але причини переходу всіх цих речовин різні. Тут і температури, і тиск, і хімічні впливи. В глинах же перехід в пластичне стан пов'язаний з присутністю в них відповідного числа тонких частинок, покритих мікроскопічними плівками води.
Ще в 20-х роках нашого століття вчений А. Ф. Лебедєв вияв жив, що вода в грунтах може перебувати в різних видах. Якщо вологи мало, то вона утворює найтонші (в кілька молекул) плівки навколо частинок. Така вода була названа прочносвязанной. У міру зростання вологості товщина плівки збільшується, зв'язку у молекул води з Поверніть частинок слабшають і волога стає рихлосвязанной.
Ми вже говорили про коагуляционной структурі глинистих ґрунтів. Вона і визначається існуванням цієї плівкової вологи.
Будемо продовжувати насичення ґрунту водою. Тоді в куточках між частинками з'явиться капілярна вода (про неї ми згадували, коли йшла розмова про пісках). Якщо і далі продовжувати зволоження, то водою почнуть заповнюватися пори грунту. Так виникне сво 'Бодня вода, здатна рухатися по порах під дією сили тяжіння. Всі названі форми води в грунті наочно зображені на 24. Таким чином пластичне стан грунту виникає після появи рихлосвязанной води, яка як би змащує частки, дозволяючи їм ковзати відносно один одного.
Після появи перших ознак присутності вільної води зв'язку між частинками виявляються порушеними, капілярна волога набуває пологі меніски, і структура грунту порушується. У цей момент і виникає плинність глин.
А якщо грунт насичувати не водою, а гасом, бензином, спиртом або який-небудь іншою рідиною? В цьому випадку глинисті грунти не утворюють пластичного тіла. Це пов'язано з різними фізико-хімічними особливостями води та інших рідин.
Якщо висушувати на повітрі мокру глину, то відбудеться зворотній процес. Спочатку зникне вільна, потім капілярна і,
нарешті, залишиться тільки прочносвязанная вода. У цьому випадку говорять, що грунт має гигроскопическую вологість.
Подальше висушування глини в сушильній шафі призведе до зникнення прочносвязанной води. Якщо підвищити температуру нагрівання до 120 ° С і більше, то почнуть руйнуватися кристалічні решітки глинистих мінералів. При високих температурах між частинками виникне явище «спікання». Глинистий грунт настільки змінить свій мінеральний склад, що утворюється нова речовина, що не розмокає у воді. Його прикладом можуть служити керамічні вироби та цегла.
До глинистих грунтів відносяться супеси, суглинки і глини, що знаходяться в твердому, пластичному або текучому стані.
Властивості пилувато-глинистих ґрунтів знаходяться у великій залежності від вологості. Якщо в талому грунті міститься тільки прочносвя-занная вода.
Глинисті грунти складаються з дуже дрібних частинок - менше 0,005 мм, що мають зазвичай лускату форму.
Лес відноситься до групи пилуватих суглинків.