Część III

12.12.2011

RELACJA:

STRUKTURA – SKŁAD

MINERALNY MINERAŁY ILASTE

Minerały ilaste występują w
skałach aleurytowych,
pelitowych i mieszanych, we
frakcjach <0,06mm

Oprócz minerałów ilastych
współwystępują z nimi inne
minerały o mniejszym znaczeniu
(patrz wykres z poprzedniego
wykładu)

Właściwości minerałów ilastych

zależą od ich składu chemicznego
i budowy krystalicznej minerału.

Minerały ilaste dzielą się na trzy

zasadnicze podgrupy:

KAOLINITU,
MONTMORILLONITU I
ILLITU.

Zawartość i rodzaj minerału
ilastego decyduje o cechach skały.

Podstawowe właściwości skał spoistych jak:

wilgotność
plastyczność
gęstość objętościowa
ściśliwość
pęcznienie

zależą nie tylko od procentowej
zawartości frakcji iłowej, lecz
przede wszystkim od rodzaju
minerału ilastego w tej frakcji

Warstwy składają się

    z czworościanów
    krzemowo-tlenowych
    i ośmiościanów
    wodorotlenowo –
    glinowo – magnezowych

Minerały ilaste są krzemianami warstwowymi

O O O O O

czworościa

ośmiościa

Minerały z podgrupy

kaolinitu są zbudowane z

jednej warstwy

czworościanów tlenowo –

krzemowych

i jednej warstwy

ośmiościanów

wodorotlenowo – glinowo –

magnezowych

Symboliczny

schemat budowy

kaolinitu:

Budowa elementarnych kryształów umożliwia

działanie między nimi sił elektrostatycznych

i sił van der Waalsa

z czego wynika:

Mała

wilgotność

Niewielkie

pęcznienie

Mała

ściśliwość

Montmorillonit

jest zbudowany

z dwóch warstw

czworościanów

przedzielonych

jedną warstwą

ośmiościanów

Symboliczny schemat budowy

montmorillonitu

n H

Budowa elementarnych

kryształów

powoduje:

Duże

pęcznienie

Wysoką

ściśliwość

Dużą

wilgotność

illit

jest zbudowany

z dwóch warstw

czworościanów

przedzielonych

jedną warstwą ośmiościanów

Illit różni się od

montmorillonitu składem

chemicznym

W warstwie czworościanów

co czwarty atom Si

4+,

jest

zamieniony AL

3+.

Deficyt ładunku dodatniego

jest rekompensowany przez

jednowartościowe atomy

np. K

lub Na

które

wchodzą w przestrzenie

pomiędzy kryształami

Jednowartościowe kationy

oddziaływują na

sąsiadujące kryształy

„ściągając” je ku sobie

(K) (K)

Taka budowa illitu wpływa na cechy:

Średnia wilgotność

Niewielkie pęcznienie

Średnia ściśliwość

Znacząca

spójność kryształów

Minerał Powierzchnia
właściwa [m

/g]

Kaolinit                             10 ÷ 20
Illit                                     80 ÷ 100
Montmorillonit                  800

długość [μm]

grubość[μm

]

Kaolinit          0,3 ÷ 3,0                     0,03 ÷
1,0
Illit                 0,1 ÷ 2,0                     0,01 ÷
0,2
Montmorillonit 0,1 ÷ 1,0                  0,001
÷ 0,01

Potencjał pęcznienia wyraża

procent wzrostu objętości

próbki bez możliwości jej

odkształceń na boki w

warunkach nasycenia wodą

poddanej ciśnieniu 7 kPa

(

strona następna

)

Substancja organiczna pochodzenia
roślinnego
* w gruntach spoistych wpływa na:
hydrofilność – wodochłonność, wzrost
wilgotności i plastyczności, powoduje
ściśliwość,
* w gruntach ziarnistych obniża
wodoprzepuszczalność

Ponadto:
* humus jest podatny na
wietrzenie chemiczne,
* bierze udział w wielu reakcjach
fizykochemicznych.
* przyspiesza wietrzenie skał:
rozkład węglanów, krzemianów i
innych minerałów z
jednoczesnym tworzeniem
licznych związków humusowych,

Niespękane –

Nieprzepuszczalne

Skały masywne

Spękane lub słabo spojone-

przepuszczalne

Skały luźne

spoiste

niespoiste

Nieprzepuszczalne

Woda związana

Przepuszczalne

Woda wolna

Głębokość występowania
zwierciadła wody gruntowej
zależy od budowy geologicznej.
Od budowy geologicznej zależy
też przepływ wody gruntowej w
warstwach
i transport zanieczyszczeń wraz z
wodą.

Podłoże poniżej
powierzchni terenu można
podzielić na dwie strefy:

1.strefa przypowierzchniowa,

w której zachodzi
przesączanie się wody
opadowej wraz z
zanieczyszczeniami,
ługowanie, wymywanie, i
okresowe przesuszanie.

2.strefa podwodna

(nawodnienia - inaczej
saturacji), w której zachodzi
transportowanie
rozpuszczonych składników
zgodnie z kierunkiem
przepływu.

Wody w przyrodzie

- podział ogólny:

• atmosferyczne
• powierzchniowe – zbiorniki

wodne (oceany, morza, jeziora,
rzeki)

• podziemne – w skałach

Strefa

Typy wód

Stan

fizyczny

Rodzaje

aeracji

Higroskopijne
Błonkowate
kapilarne

związan

Wsiąkowe
Zawieszone

wolne

satura

cji

Przypowierzchnio

we
Gruntowe
Wgłębne
Głębinowe

Warstwow

e
Szczelino

we
Krasowe

infiltracyjne - z opadów atmosferycznych

zależą od:

budowy geologicznej

       morfologii terenu
       szaty roślinnej
       klimatu
       zużycia przez ludzi

kondensacyjne zależą od klimatu
juwenilne pochodzą z procesów magmowych –
są zmineralizowane

reliktowe wyłączone z obiegu - resztki dawnych

mórz-pochodzą z dawnych epok geologicznych

woda

kapilarn

woda

wolna

woda związana

WODY

GRUNCI

powierzchnia

terenu

1- woda zawieszona – nad soczewką gruntu

nieprzepuszczalnego, 2 - woda gruntowa z

lustrem swobodnym 3 – grunt

nieprzepuszczalny

woda zawieszona, lustro wody podziemnej,

warstwa nieprzepuszczalna

a. strefa aeracji, b. strefa saturacji, c- woda kapilarna

d – warstwa nieprzepuszczalna – woda związana

Dwa rodzaje wody

związanej

w gruncie:

silnie związana

słabo związana

woda silnie związana

składa się z trzech

warstw:

1. woda związana na narożach

i krawędziach siatki

krystalicznej

Woda ta

wydziela

się w

temp. 150

– 300

2. woda uwadniająca jony występujące w
przestrzeni między pakietowej na skutek
powstawania elektrosta-tycznych wiązań
miedzy nimi a cząsteczkami wody

Wodę tę można
wydzielić
w temp. 90 -120

Oba te rodzaje wody
nie tworzą ciągłej
warstwy wokół
cząsteczki i nie
wpływają na
obniżenie własności
wytrzymałościo-
wych gruntów
spoistych

3. woda uwadniająca płaskie powierzchnie
siatek krys-talicznych minerałów ilastych –
głównie przez wiązania wodorowe ze
strukturalnymi grupami OH znajdującymi się
na tych powierzchniach

Woda ta
pokrywa ciągłą
warstwą
minerały iłowe i
wpływa na
obniżenie ich
własności
wytrzymałościo
wych

Cała woda silnie
związana
= maksymalna
higroskopijność
gruntu.
Odpowiada ona wilgotności
gruntu uzyskanej przez
adsorbcję wody i pary
wodnej przy prężności tej
pary bliskiej 1